APPARATO CARDIOCIRCOLATORIO – 1°
CUORE
Il cuore è un organo muscolare cavo presente nella maggior parte degli organismi animali. Negli esseri umani è posto al centro della cavità toracica, più precisamente nel mediastino anteriore fra i due polmoni, dietro lo sterno e le cartilagini costali, che lo proteggono come uno scudo, davanti alla colonna vertebrale, da cui è separato dall’esofago e dall’aorta, e appoggiato sul diaframma, che lo separa dai visceri sottostanti.
Costituito pressoché esclusivamente da tessuto muscolare striato, è circondato da un sacco fibroso che prende il nome di pericardio. Il cuore ha la forma di un tronco di cono ad asse obliquo rispetto al piano sagittale: la sua base maggiore guarda in alto, indietro e a destra, mentre l’apice è rivolto in basso, in avanti e a sinistra; pesa nell’adulto all’incirca 250-300 g, misurando 13–15 cm in lunghezza, 9–10 cm in larghezza e circa 6 cm di spessore (si sottolinea che questi dati variano con età, sesso e costituzione fisica).
L’organo si divide in due cavità, la sinistra dove circola sangue arterioso ricco di ossigeno e la destra dove circola sangue venoso desaturato; ognuna di queste cavità comprende una parte superiore, atri a pareti sottili, e una parte inferiore, ventricoli a pareti più spesse. Ciascun atrio è in connessione con il ventricolo sottostante per mezzo dell’orifizio atrioventricolare; il cuore sinistro è separato da quello destro a livello atriale dal setto interatriale e a livello ventricolare dal setto interventricolare.
Il cuore è l’organo centrale dell’apparato circolatorio; funge da pompa capace di produrre una pressione sufficiente a permettere la circolazione del sangue.
INNERVAZIONE
Il cuore è innervato da un cospicuo numero di fibre nervose autonome che nell’insieme prendono il nome di plesso cardiaco. Nel plesso cardiaco si possono distinguere nervi che giacciono su due piani principali differenti, il primo è compreso tra l’arco aortico e la superficie anteriore dell’arteria polmonare destra, questa è la parte ventrale o superficiale del plesso, mentre il secondo è compreso tra la superficie posteriore dell’arco aortico e la superficie anteriore della trachea e dei bronchi principali destro e sinistro e viene chiamata parte dorsale o profonda.
Oltre a queste due porzioni del plesso cardiaco si distinguono anche un plesso coronario destro che è formato da nervi del plesso cardiaco profondo che proseguono in vicinanza dell’arteria coronaria destra e che innervano il cuore destro e dal plesso coronario sinistro, più esteso del destro, formato dal prolungamento dei nervi della parte sinistra del plesso cardiaco profondo, i quali seguono l’arteria coronaria sinistra innervando principalmente il cuore sinistro. Non mancano tuttavia collegamenti tra i due plessi coronari.
Infine si possono distinguere anche due plessi atriali[74], uno sinistro e uno destro, formati dai prolungamenti dei nervi del plesso cardiaco rispettivamente verso sinistra per l’atrio sinistro e verso destra per l’atrio destro; i nervi di questo plesso possiedono collegamenti con i plessi coronarici. Il plesso aortico che avvolge in una rete di sottili nervi l’aorta è talvolta considerato (almeno per quanto riguarda la porzione attorno all’aorta ascendente e all’arco aortico) come una porzione del plesso cardiaco.
L’innervazione cardiaca è a carico del nervo vago (X nervo cranico) e dell’ortosimpatico. Il sistema nervoso simpatico e il parasimpatico hanno sul cuore, come sulla maggior parte degli organi un’azione antagonista. L’eccitazione del cuore è intrinseca, a carico del nodo senoatriale, che riceve innervazione sia dal sistema parasimpatico che dal simpatico. Il miocardio è innervato solo dal sistema adrenergico, quindi non vi è innervazione vagale nel muscolo cardiaco, solo il nodo senoatriale è innervato dal nervo vago; il sistema simpatico innerva invece sia il tessuto di conduzione che il muscolo.
Il nervo vago rappresenta il principale nervo deputato all’innervazione parasimpatica e sensitiva del cuore, i suoi rami di destra e di sinistra discendono lateralmente alla cartilagine tiroidea e alla cartilagine cricoidea del laringe e a livello della prima emettono dei rami che si congiungono con altri provenienti dal ganglio cervicale superiore formando i nervi cardiaci cervicali superiori, caratterizzati da un contenuto di fibre simpatiche postgangliari, parasimpatiche pregangliari e sensitive.
Tali proseguono la loro discesa lateralmente alla tiroide e a questo livello emettono un ramo che si congiunge a fibre provenienti dal ganglio stellato o da altri gangli toracici del tronco del simpatico, formando il nervo cardiaco cervicale inferiore, che passa posteriormente al tronco arterioso brachiocefalico come fa la sua controparte superiore.
A questo punto il ramo destro si porta anteriormente all’arteria anonima, incrociandola nel punto in cui essa si biforca nell’arteria carotide comune destra e nell’arteria succlavia destra, il sinistro invece si porta anteriormente all’arteria succlavia sinistra, poi scendono inferiormente, lateralmente all’arco aortico (il ramo sinistro antero-lateralmente) ed emettono numerosi rami mediali diretti al plesso cardiaco profondo, questi rami sono chiamati rami cardiaci toracici del vago.[3] Alcuni rami si anastomizzano con il nervo laringeo ricorrente, altri con fibre nervose provenienti dai gangli toracici del tronco del simpatico. Questi rami nel loro complesso formano la gran parte sia del plesso cardiaco profondo che di quello superficiale, alcuni infatti si portano posteriormente all’arco aortico e anteriormente alla trachea, altri anteriormente all’arco aortico e posteriormente al tronco polmonare. Il ramo destro del nervo vago si porta anteriormente al bronco principale destro e posteriormente all’arteria polmonare destra, poi dietro all’esofago, costituendo il nervo vago posteriore, mentre il ramo sinistro scende seguendo l’aorta toracica discendente (emettendo il nervo laringeo ricorrente di sinistra) e si porta anteriormente all’esofago, costituendo il nervo vago anteriore.
L’innervazione simpatica del cuore è fornita dalle fibre simpatiche postgangliari provenienti dal tronco del simpatico, in particolare dal ganglio cervicale superiore e medio,dal ganglio stellato e dai gangli toracici sino al quarto. Talvolta è presente un ulteriore ganglio accessorio, il ganglio vertebrale.
Il tronco del simpatico decorre inferiormente e posteriormente all’arteria anonima a destra e all’arteria succlavia a sinistra. A intervalli abbastanza regolari nel suo decorso presenta dei gangli di dimensioni e forma differenti: i più voluminosi sono il ganglio cervicale superiore e il ganglio cervico-toracico (o stellato); il primo fornisce almeno un ramo che si unisce al nervo vago per costituire i nervi cardiaci cervicali superiori. Il ganglio cervicale medio da origine ai nervi cardiaci cervicali medi del simpatico che contribuiscono a formare il plesso cardiaco profondo.
Il ganglio stellato dà origine a fibre che costituiscono i nervi cardiaci cervicali inferiori del simpatico. I gangli del tronco del simpatico dal secondo al quarto emettono medialmente fibre che costituiscono i nervi cardiaci toracici del tronco del simpatico e che contribuiscono a formare sia la parte superficiale che quella profonda del plesso cardiaco.
Le ramificazioni pregangliari parasimpatiche del vago rallentano il battito cardiaco e hanno azione vasocostrittrice nei confronti delle arterie coronarie, mentre le fibre pregangliari simpatiche hanno un’azione vasodilatatrice sulle coronarie e accelerano il battito cardiaco.
SISTEMA DI CONDUZIONE
Il cuore come tutti i muscoli è capace di contrarsi sfruttando l’energia prodotta dalla ossidazione di sostanze energetiche (come acidi grassi, carboidrati) in presenza di ossigeno. Le cellule muscolari striate involontarie di cui è composto il cuore a differenza di quelle degli altri muscoli sono dotate della capacità di autoeccitarsi e autocontrarsi. Il controllo nervoso sul cuore può modulare la frequenza di contrazione aumentandola o diminuendola, anche se questa è generata in maniera spontanea dal miocardio.
Esiste una parte del miocardio dedicata alla sola generazione e conduzione degli impulsi attraverso il muscolo cardiaco: il cosiddetto miocardio specifico. Si tratta di un sistema specializzato del cuore che permette, in condizioni normali, che il cuore batta in maniera efficiente e ordinata (prima gli atri, poi i ventricoli permettendo il completo riempimento di questi ultimi) e che l’impulso generato si diffonda velocemente, facendo contrarre tutte le parti del ventricolo in maniera pressoché simultanea.
Questo sistema è formato da diverse parti.
– Il nodo senoatriale (NSA) è una piccola e appiattita striscia ellissoidale di miocardio specifico larga circa 3 mm, lunga 15 mm e spessa 1 mm, che si trova nella parte superiore laterale dell’atrio destro subito sotto allo sbocco della vena cava superiore. Le fibre del NSA hanno un diametro variabile tra i 3 e i 5 mm, mentre le fibre circostanti sono delle dimensioni di una decina di micrometri. In questo nodo si genera il normale impulso ritmico, e per fare in modo che l’impulso venga trasmesso alle fibre atriali le fibre del NSA si connettono direttamente con quelle atriali; il potenziale d’azione si diffonde, così, in maniera simultanea negli atri.
– Vie internodali è il nome di una striscia di tessuto di conduzione che deve condurre il segnale verso il nodo atrioventricolare.
– Il nodo atrioventricolare (NAV): è il principale responsabile del ritardo che deve essere attuato nel passaggio del segnale dagli atri ai ventricoli. Un’altra importante funzione del NAV è quella di permettere il passaggio solo in un senso dell’impulso cardiaco, impedendo il passaggio dai ventricoli agli atri tramite uno strato fibroso che funziona da isolante per l’impulso.
– Le fibre del Fascio di His propagano l’impulso alla massa cardiaca ventricolare, dividendosi in due branche, destra e sinistra. La branca sinistra possiede due fascicoli: anteriore, più spesso, e posteriore, più sottile.
– Parte terminale del sistema di conduzione del cuore sono le fibre del Purkinje, cellule cardiache con conducibilità maggiore rispetto ai miocardiociti.
Propagazione dell’impulso elettrico
La particolarità del miocardio specifico consiste nella possibilità di generare autonomamente gli impulsi elettrici: in pratica l’elettrogenesi principale si trova nel NSA, ma non è l’unica presente nel miocardio. Lo si è scoperto escludendo dalla conduzione il NSA: il cuore continua a battere, anche se a ritmi inferiori (40/60 impulsi al minuto, contro i normali 60/100) e il ritmo che si impone è detto «sostitutivo», perché ha origine al di fuori del NSA.
Questo meccanismo può essere spiegato come una sorta di autoprotezione da parte del cuore: esistono infatti patologie[89] a causa delle quali viene rallentata o bloccata la conduzione del NSA e in questo caso il cuore può continuare a battere, poiché il NAV comincia a dettare il passo del ritmo con frequenze più basse, ma compatibili con la vita.
L’impulso generato nel NSA passa alle fibre atriali investendole in maniera simultanea; a questo punto, attraverso le fibre internodali, il segnale viene trasmesso al nodo atrioventricolare con un tempo di circa 0,02 secondi. In questo punto quando il segnale si trasferisce dagli atri ai ventricoli, si evidenzia un ritardo di trasmissione: questo ritardo è necessario affinché l’impulso cardiaco non possa propagarsi dagli atri ai ventricoli in maniera troppo veloce, infatti se ciò accadesse, sarebbe impossibile per i ventricoli un riempimento sufficiente e ciò condurrebbe a un ridotto rendimento della pompa cardiaca.
Il NAV introduce un ritardo di circa 0,09 secondi prima che l’impulso invada il fascio di His. Subito dopo il passaggio attraverso il NAV abbiamo un ulteriore ritardo di 0,04 secondi dovuto a una parte del fascio fibroso che separa atri e ventricoli: il ritardo complessivo dalla generazione dell’impulso all’arrivo dello stesso ai ventricoli è quindi di circa 0,16 secondi.
Immediatamente a valle troviamo le fibre del Purkinje, che dal NAV si portano ai ventricoli passando attraverso il setto ventricolare. Queste fibre sono a conduzione molto veloce, il che permette di avere una trasmissione dell’impulso ai ventricoli praticamente immediata e simultanea (circa 0,03 secondi). L’alta velocità diminuisce una volta che si è arrivati nelle parti terminali delle fibre del Purkinje, per cui le ultime cellule miocardiche saranno raggiunte con un ritardo di circa 0,03 secondi; conseguentemente il tempo calcolato per far contrarre i ventricoli è di circa 0,06 secondi.
Il sistema di eccitazione del miocardio
Per quanto riguarda il sistema di eccitazione e di conduzione del potenziale d’azione troviamo due tipi di sviluppo del potenziale elettrico: uno riguarda le fibre atriali e ventricolari, un altro riguarda le cellule del nodo seno-atriale (o cellule del pacemaker, in italiano segnapassi). Le fibre atriali e ventricolari devono comportarsi in maniera simile alle fibre muscolari, ma dovranno anche assicurare un alto rendimento della pompa cardiaca. Il nodo seno-atriale si comporta in maniera diversa da qualsiasi altra fibra, poiché deve assicurare principalmente la generazione del potenziale d’azione.
Comportamento delle fibre muscolari atriali e ventricolari
Il potenziale di membrana a riposo è di circa -90 mV, potenziale dovuto alle differenti concentrazioni degli ioni fra interno ed esterno dalla cellula.
L’ampiezza del potenziale d’azione è di circa 105 mV, il che porta ad avere un picco (spike) del potenziale di circa 20 mV. Questo è maggiore che nella maggior parte delle cellule muscolari perché deve essere in grado di far rendere al massimo la pompa cardiaca.
Un miocita che sia stato depolarizzato non sarà più disponibile per un nuovo potenziale d’azione fino a che esso non si sia ripolarizzato parzialmente. L’intervallo fra il potenziale d’azione e il momento in cui il miocita è disponibile per un nuovo potenziale è definito Periodo Refrattario Assoluto. La completa eccitabilità non viene ristabilita fino a quando non si ha completa ripolarizzazione del miocita: l’intervallo è chiamato Periodo Refrattario Relativo. Questo periodo è indispensabile per il corretto funzionamento del cuore in quanto il ventricolo può riempirsi completamente di sangue prima di eseguire un’altra contrazione; inoltre permette di avere una netta distinzione tra fase pulsoria (sistole) e fase di riposo (diastole), in maniera tale da permettere l’apporto di sangue attraverso le coronarie, che può avvenire solo in fase diastolica.
Comportamento delle cellule pacemaker
Nelle cellule pacemaker nasce il battito cardiaco vero e proprio. Per questo motivo il comportamento di dette cellule differisce in maniera consistente rispetto a quella di ogni altra cellula e conseguentemente il comportamento elettrico assume delle modalità particolari: esse non possiedono un vero e proprio potenziale di riposo.
Tra un potenziale d’azione e un altro si registra una progressiva depolarizzazione della cellula partendo da un valore di circa -65 mV, la depolarizzazione prosegue verso lo zero, come se dovesse raggiungere un potenziale di riposo, ma prima che si possa stabilizzare raggiunge il potenziale soglia (-50 mV), dopo il quale parte il picco del potenziale d’azione.
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