SISTEMA CARDIOVASCOLARE: FISIOLOGIA, FUNZIONI DEGLI ORGANI, ISTOLOGIA - ANATOMIA E FISIOLOGIA - 2025

Il sistema cardiovascolare è un insieme complesso di vasi sanguigni che trasporta sostanze tra cellule e sangue e tra sangue e ambiente. I suoi componenti sono il cuore, i vasi sanguigni e il sangue.

Le funzioni del sistema cardiovascolare sono: 1) distribuire ossigeno e sostanze nutritive ai tessuti del corpo; 2) trasportare anidride carbonica e prodotti metabolici di scarto dai tessuti ai polmoni e agli organi escretori; 3) contribuiscono al funzionamento del sistema immunitario e alla termoregolazione.

Fonte: Edoarado

Il cuore funge da due pompe, una per la circolazione polmonare e una per quella sistemica. Entrambe le circolazioni richiedono che le camere del cuore si contraggano in modo ordinato, muovendo il sangue in modo unidirezionale.

La circolazione polmonare è il flusso di sangue tra i polmoni e il cuore. Permette lo scambio di emogasanalisi e alveoli polmonari. La circolazione sistemica è il flusso di sangue tra il cuore e il resto del corpo, esclusi i polmoni. Coinvolge i vasi sanguigni all'interno e all'esterno degli organi.

Lo studio delle cardiopatie congenite ha permesso grandi progressi nella comprensione dell'anatomia del cuore nei neonati e negli adulti, e dei geni o cromosomi coinvolti nei difetti congeniti.

Un gran numero di malattie cardiache acquisite durante la vita dipende da fattori quali età, sesso o storia familiare. Una dieta sana, esercizio fisico e farmaci possono prevenire o controllare queste malattie.

La diagnosi affidabile delle malattie del sistema circolatorio è stata resa possibile dai progressi tecnologici nell'imaging. Allo stesso modo, i progressi nella chirurgia hanno permesso di porre rimedio alla maggior parte dei difetti congeniti e a molte malattie non congenite.

Anatomia e istologia del cuore

Macchine fotografiche

Il cuore ha un lato sinistro e uno destro funzionalmente diversi. Ogni lato è diviso in due camere, una superiore chiamata atrio e una inferiore chiamata ventricolo. Entrambe le camere sono costituite principalmente da un tipo speciale di muscolo chiamato cardiaco.

Gli atri, o camere superiori, sono separati dal setto interatriale. I ventricoli, o camere inferiori, sono separati dal setto interventricolare. La parete dell'atrio destro è sottile e tre vene scaricano sangue al suo interno: la vena cava superiore e inferiore e il seno coronarico. Questo sangue viene dal corpo.

Parti del cuore. Fonte: Diagram_of_the_human_heart_ (ritagliata) _pt.svg: Rhcastilhos opera derivativa: Ortisa

Il muro dell'atrio sinistro è tre volte più spesso di quello destro. Quattro vene polmonari scaricano sangue ossigenato nell'atrio sinistro. Questo sangue viene dai polmoni.

Le pareti dei ventricoli, specialmente quella sinistra, sono molto più spesse di quella degli atri. L'arteria polmonare inizia dal ventricolo destro, che dirige il sangue ai polmoni. L'aorta inizia dal ventricolo sinistro, che dirige il sangue al resto del corpo.

La superficie interna dei ventricoli è costolata, con fasci e fasce muscolari, chiamate trabecole carneae. I muscoli papillari si proiettano nella cavità dei ventricoli.

valvole

Ogni apertura dei ventricoli è protetta da una valvola che impedisce il ritorno del flusso sanguigno. Esistono due tipi di valvola: la atrioventricolare (mitrale e tricuspide) e la semilunare (polmonare e aortica).

La valvola mitrale, che è bicuspide, collega l'atrio sinistro (atrio) con il ventricolo sullo stesso lato. La valvola tricuspide collega l'atrio destro (atrio) con il ventricolo sullo stesso lato.

Le cuspidi sono pieghe a forma di foglia dell'endocardio (una membrana rinforzata con tessuto connettivo fibroso). Le cuspidi e i muscoli papillari delle valvole atrioventricolari sono unite da strutture, chiamate corde tendinee, a forma di corde sottili.

Le valvole semilunari sono strutture a forma di tasca. La valvola polmonare, composta da due lembi, collega il ventricolo destro con l'arteria polmonare. La valvola aortica, composta da tre lembi, collega il ventricolo sinistro con l'aorta.

Una fascia di tessuto connettivo fibroso (anulus fibrosus), che separa gli atri dai ventricoli, fornisce le superfici per l'attacco muscolare e l'inserimento della valvola.

Parete

La parete del cuore è composta da quattro strati: endocardio (strato interno), miocardio (strato intermedio interno), epicardio (strato intermedio esterno) e pericardio (strato esterno).

L'endocardio è un sottile strato di cellule simile all'endotelio dei vasi sanguigni. Il miocardio contiene gli elementi contrattili del cuore.

Il miocardio è costituito da cellule muscolari. Ciascuna di queste cellule ha miofibrille che formano unità contrattili chiamate sarcomeri. Ogni sarcomero ha filamenti di actina che sporgono da linee opposte e sono organizzati attorno a spessi filamenti di miosina.

L'epicardio è uno strato di cellule mesoteliali penetrate dai vasi coronarici che portano al miocardio. Questi vasi forniscono sangue arterioso al cuore.

Il pericardio è uno strato sciolto di cellule epiteliali che poggia sul tessuto connettivo. Forma un sacco membranoso in cui è sospeso il cuore. È attaccato in basso al diaframma, ai lati della pleura e davanti allo sterno.

Istologia del sistema vascolare

I grandi vasi sanguigni condividono una struttura a tre strati, vale a dire: tunica intima, tunica media e tunica avventizia.

La tunica intima, che è lo strato più interno, è un monostrato di cellule endoteliali ricoperte da tessuto elastico. Questo strato controlla la permeabilità vascolare, la vasocostrizione, l'angiogenesi e regola la coagulazione.

La tunica intima delle vene delle braccia e delle gambe è dotata di valvole che impediscono il ritorno del flusso sanguigno, indirizzandolo verso il cuore. Queste valvole sono costituite da endotelio e poco tessuto connettivo.

La tunica media, che è lo strato intermedio, è separata dall'intima da un lenzuolo elastico interno, composto da elastina. La tunica media è composta da cellule muscolari lisce, incorporate in una matrice extracellulare e fibre elastiche. Nelle arterie la tunica media è spessa, mentre nelle vene è sottile.

La tunica avventizia, che è lo strato più esterno, è il più forte dei tre strati. È composto da collagene e fibre elastiche. Questo strato è una barriera limitante, che protegge i vasi dall'espansione. Nelle grandi arterie e vene, l'avventizia contiene vasa vasorum, piccoli vasi sanguigni che forniscono ossigeno e sostanze nutritive alla parete vascolare.

Fisiologia del cuore

Sistema di guida

La contrazione regolare del cuore è il risultato del ritmo intrinseco del muscolo cardiaco. La contrazione inizia negli atri. Segue la contrazione dei ventricoli (sistole atriale e ventricolare). Segue il rilassamento delle camere atriale e ventricolare (diastole).

Un sistema di conduzione cardiaca specializzato è responsabile dell'accensione dell'attività elettrica e della sua trasmissione a tutte le parti del miocardio. Questo sistema è costituito da:

- Due piccole masse di tessuto specializzato, vale a dire: nodo senoatriale (nodo SA) e nodo atrioventricolare (nodo AV).

- Il suo fascio con i suoi rami e il sistema Purkinje, situato nei ventricoli.

Nel cuore umano, il nodo SA si trova nell'atrio destro, vicino alla vena cava superiore. Il nodo AV si trova nella parte posteriore destra del setto interatriale.

Le contrazioni cardiache ritmiche hanno origine da un impulso elettrico generato spontaneamente al nodo SA. La velocità di generazione dell'impulso elettrico è controllata dalle cellule del pacemaker di questo nodo.

L'impulso generato nel nodo SA passa attraverso il nodo AV. Quindi, continua attraverso il fascio di His e dei suoi rami verso il sistema di Purkinje, nel muscolo ventricolare.

Muscolo cardiaco

Le cellule del muscolo cardiaco sono collegate da dischi intercalati. Queste cellule sono collegate tra loro in serie e in parallelo e formano così fibre muscolari.

Le membrane cellulari dei dischi intercalati si fondono l'una con l'altra, formando spazi permeabili che consentono una rapida diffusione degli ioni e quindi della corrente elettrica. Poiché tutte le cellule sono collegate elettricamente, si dice che il muscolo cardiaco sia funzionalmente un sincizio elettrico.

Il cuore è composto da due sincizi:

- Quello dell'atrio, costituito dalle pareti degli atri.

- Il ventricolare, costituito dalle pareti dei ventricoli.

Questa divisione del cuore consente agli atri di contrarsi poco prima che i ventricoli si contraggano, facendo pompare efficacemente il cuore.

Potenziale d'azione del muscolo cardiaco

La distribuzione degli ioni attraverso la membrana cellulare produce una differenza di potenziale elettrico tra l'interno e l'esterno della cellula, noto come potenziale di membrana.

Il potenziale di membrana a riposo di una cellula cardiaca di mammifero è -90 mV. Uno stimolo produce un potenziale d'azione, che è un cambiamento nel potenziale di membrana. Questo potenziale si diffonde ed è responsabile dell'inizio della contrazione. Il potenziale d'azione avviene in fasi.

Nella fase di depolarizzazione, la cellula cardiaca viene stimolata e si verifica l'apertura dei canali del sodio voltaggio-dipendenti e l'ingresso del sodio nella cellula. Prima che i canali si chiudano, il potenziale di membrana raggiunge +20 mV.

Nella fase di ripolarizzazione iniziale, i canali del sodio si chiudono, la cellula inizia a ripolarizzarsi e gli ioni di potassio lasciano la cellula attraverso i canali del potassio.

Nella fase di plateau avviene l'apertura dei canali del calcio e la rapida chiusura dei canali del potassio. La rapida fase di ripolarizzazione, la chiusura dei canali del calcio e la lenta apertura dei canali del potassio riportano la cellula al suo potenziale di riposo.

Risposta contrattile

L'apertura dei canali del calcio voltaggio-dipendenti nelle cellule muscolari è uno degli eventi di depolarizzazione che consente al Ca ^{+2 di} entrare nel miocardio. Ca ⁺² è un effettore che accoppia la depolarizzazione e la contrazione cardiaca.

Dopo la depolarizzazione delle cellule, si verifica l'ingresso di Ca ⁺² , che innesca il rilascio di Ca ⁺² aggiuntivo attraverso canali sensibili a Ca ^{+ 2-} nel reticolo sarcoplasmatico. Ciò aumenta la concentrazione di Ca ⁺² cento volte .

La risposta contrattile del muscolo cardiaco inizia dopo la depolarizzazione. Quando le cellule muscolari si ripolarizzano, il reticolo saccoplasmatico riassorbe l'eccesso di Ca ⁺² . La concentrazione di Ca ⁺² torna al suo livello iniziale, permettendo al muscolo di rilassarsi.

L'affermazione della legge del cuore di Starling è "l'energia rilasciata durante la contrazione dipende dalla lunghezza della fibra iniziale". A riposo, la lunghezza iniziale delle fibre è determinata dal grado di riempimento diastolico del cuore. La pressione che si sviluppa nel ventricolo è proporzionale al volume del ventricolo al termine della fase di riempimento.

Funzione cardiaca: ciclo cardiaco ed elettrocardiogrammi

Nella diastole tardiva, le valvole mitrale e tricuspide sono aperte e le valvole aortica e polmonare sono chiuse. Attraverso la diastole, il sangue entra nel cuore e riempie gli atri e i ventricoli. La velocità di riempimento rallenta quando i ventricoli si espandono e le valvole AV si chiudono.

La contrazione dei muscoli atriali, o sistole atriale, riduce i forami della vena cava superiore e inferiore e della vena polmonare. Il sangue tende a essere trattenuto nel cuore dall'inerzia del movimento del sangue in arrivo.

Inizia la contrazione ventricolare, o sistole ventricolare, e le valvole AV si chiudono. Durante questa fase il muscolo ventricolare si accorcia leggermente e il miocardio preme il sangue sul ventricolo. Questa è chiamata pressione isovolumica, dura fino a quando la pressione nei ventricoli supera la pressione nell'aorta e l'arteria polmonare e le sue valvole si aprono.

La misura delle fluttuazioni del potenziale del ciclo cardiaco si riflette nell'elettrocardiogramma: l'onda P è prodotta dalla depolarizzazione degli atri; il complesso QRS è dominato dalla depolarizzazione ventricolare; l'onda T è la ripolarizzazione dei ventricoli.

Funzionamento del sistema circolatorio

componenti

La circolazione è divisa in sistemica (o periferica) e polmonare. I componenti del sistema circolatorio sono vene, venule, arterie, arteriole e capillari.

I venuli ricevono sangue dai capillari e gradualmente si fondono con grandi vene. Le vene riportano il sangue al cuore. La pressione nel sistema venoso è bassa. Le pareti dei vasi sono sottili ma abbastanza muscolose da contrarsi ed espandersi. Ciò consente loro di essere un serbatoio di sangue controllabile.

Le arterie hanno la funzione di trasportare il sangue ad alta pressione ai tessuti. Per questo motivo, le arterie hanno pareti vascolari forti e il sangue si muove ad alta velocità.

Le arteriole sono piccoli rami del sistema arterioso, che fungono da condotti di controllo attraverso i quali il sangue viene trasportato ai capillari. Le arteriole hanno pareti muscolari forti che possono contrarsi o dilatarsi più volte. Ciò consente alle arterie di alterare il flusso sanguigno secondo necessità.

I capillari sono piccoli vasi nelle arteriole che consentono lo scambio di nutrienti, elettroliti, ormoni e altre sostanze tra sangue e liquido interstiziale. Le pareti dei capillari sono sottili e hanno molti pori permeabili all'acqua e alle piccole molecole.

Pressione

Quando i ventricoli si contraggono, la pressione interna del ventricolo sinistro aumenta da zero a 120 mm Hg. Ciò fa sì che la valvola aortica si apra e il flusso sanguigno venga espulso nell'aorta, che è la prima arteria della circolazione sistemica. La pressione massima durante la sistole è chiamata pressione sistolica.

La valvola aortica si chiude quindi e il ventricolo sinistro si rilassa, quindi il sangue può entrare dall'atrio sinistro attraverso la valvola mitrale. Il periodo di rilassamento è chiamato diastole. Durante questo periodo la pressione scende a 80 mm Hg.

La differenza tra la pressione sistolica e quella diastolica è quindi di 40 mm Hg, denominata pressione del polso. Il complesso albero arterioso riduce la pressione delle pulsazioni, facendo sì che, con poche pulsazioni, il flusso sanguigno ai tessuti sia continuo.

La contrazione del ventricolo destro, che avviene contemporaneamente a quella del sinistro, spinge il sangue attraverso la valvola polmonare e nell'arteria polmonare. Questo è diviso in piccole arterie, arteriole e capillari della circolazione polmonare. La pressione polmonare è molto più bassa (10–20 mm Hg) della pressione sistemica.

Risposta circolatoria al sanguinamento

Il sanguinamento può essere esterno o interno. Quando sono grandi, richiedono cure mediche immediate. Una significativa diminuzione del volume sanguigno provoca un calo della pressione sanguigna, che è la forza che muove il sangue nel sistema circolatorio per fornire l'ossigeno di cui i tessuti hanno bisogno per rimanere in vita.

Il calo della pressione sanguigna è percepito dai barocettori, che diminuiscono la loro velocità di scarica. Il centro cardiovascolare del tronco cerebrale situato alla base del cervello rileva una diminuzione dell'attività dei basorecettori, che scatena una serie di meccanismi omeostatici che cercano di ripristinare la normale pressione sanguigna.

Il centro cardiovascolare midollare aumenta la stimolazione simpatica del nodo senoatriale destro, che: 1) aumenta la forza di contrazione del muscolo cardiaco, aumentando il volume di sangue pompato ad ogni impulso; 2) aumenta il numero di battiti per unità di tempo. Entrambi i processi aumentano la pressione sanguigna.

Contemporaneamente, il centro cardiovascolare midollare stimola la contrazione (vasocostrizione) di alcuni vasi sanguigni, costringendo parte del sangue in essi contenuto a spostarsi verso il resto del sistema circolatorio, compreso il cuore, aumentando la pressione sanguigna.

Risposta circolatoria all'esercizio

Durante l'esercizio, i tessuti del corpo aumentano il loro bisogno di ossigeno. Pertanto, durante l'esercizio aerobico estremo, la velocità di pompaggio del sangue attraverso il cuore dovrebbe aumentare da 5 a 35 litri al minuto. Il meccanismo più ovvio per ottenere ciò è l'aumento del numero di battiti cardiaci per unità di tempo.

L'aumento delle pulsazioni è accompagnato da: 1) vasodilatazione arteriosa nei muscoli; 2) vasocostrizione nel sistema digerente e renale; 3) vasocostrizione delle vene, che aumenta il ritorno venoso al cuore e, quindi, la quantità di sangue che può pompare. Pertanto, i muscoli ricevono più sangue e quindi più ossigeno

Il sistema nervoso, in particolare il centro cardiovascolare midollare, gioca un ruolo fondamentale in queste risposte all'esercizio tramite stimolazioni simpatiche.

Embriologia

Nella quarta settimana di sviluppo dell'embrione umano, il sistema circolatorio e il sangue iniziano a formarsi in "isole di sangue" che appaiono nella parete mesodermica del sacco vitellino. A questo punto, l'embrione inizia ad essere troppo grande perché la distribuzione dell'ossigeno possa essere effettuata solo per diffusione.

Il primo sangue, costituito da eritrociti nucleati come quelli di rettili, anfibi e pesci, è derivato da cellule chiamate emangioblasti, situate in "isole del sangue".

Nelle settimane 6-8, la produzione di sangue, costituita dai tipici globuli rossi senza nucleo dei mammiferi, inizia a spostarsi nel fegato. Entro il mese 6, gli eritrociti colonizzano il midollo osseo e la loro produzione da parte del fegato inizia a diminuire, cessando nel primo periodo neonatale.

I vasi sanguigni embrionali sono formati da tre meccanismi:

- Coalescenza in situ (vasculogenesi).

- Migrazione di cellule precursori endoteliali (angioblasti) verso gli organi.

- Sviluppo da vasi esistenti (angiogenesi).

Il cuore nasce dal mesoderma e inizia a battere nella quarta settimana di gestazione. Durante lo sviluppo delle regioni cervicale e cefalica, i primi tre archi branchiali dell'embrione formano il sistema arterioso carotideo.

Malattie: elenco parziale

Aneurisma . Allargamento di un segmento debole di un'arteria causato dalla pressione sanguigna.

Aritmia . Deviazione dalla normale regolarità del ritmo cardiaco a causa di un difetto nella conduzione elettrica del cuore.

Aterosclerosi . Malattia cronica causata dalla deposizione (placche) di lipidi, colesterolo o calcio sull'endotelio delle grandi arterie.

Difetti congeniti . Anomalie di origine genetica o ambientale del sistema circolatorio presenti alla nascita.

Dislipidemie . Livelli anormali di lipoproteine ​​nel sangue. Le lipoproteine ​​trasferiscono i lipidi tra gli organi.

Endocardite . Infiammazione dell'endocardio causata da un'infezione batterica e talvolta fungina.

Malattia cerebrovascolare . Danno improvviso dovuto alla riduzione del flusso sanguigno in una parte del cervello.

Malattia valvolare . Fallimento della valvola mitrale per impedire un flusso sanguigno improprio.

Cuore fallito . Incapacità del cuore di contrarsi e rilassarsi efficacemente, riducendone le prestazioni e compromettendo la circolazione.

Ipertensione . Pressione sanguigna superiore a 140/90 mm Hg. Produce aterogenesi danneggiando l'endotelio

Infarto . Morte di una parte del miocardio causata dall'interruzione del flusso sanguigno da un trombo bloccato in un'arteria coronaria.

Vene varicose ed emorroidi . Una varicella è una vena dilatata dal sangue. Le emorroidi sono gruppi di vene varicose nell'ano.

Riferimenti

1. Aaronson, PI, Ward, JPT, Wiener, CM, Schulman, SP, Gill, JS 1999. Il sistema cardiovascolare a colpo d'occhio Blackwell, Oxford.
2. Artman, M., Benson, DW, Srivastava, D., Joel B. Steinberg, JB, Nakazawa, M. 2005. Sviluppo cardiovascolare e malformazioni congenite: meccanismi molecolari e genetici. Blackwell, Malden.
3. Barrett, KE, Brooks, HL, Barman, SM, Yuan, JX-J. 2019. Revisione di Ganong della fisiologia medica. McGraw-Hill, New York.
4. Burggren, WW, Keller, BB 1997. Sviluppo di sistemi cardiovascolari: dalle molecole agli organismi. Cambridge, Cambridge.
5. Dzau, VJ, Duke, JB, Liew, C.-C. 2007. Genetica cardiovascolare e genomica per il cardiologo, Blackwell, Malden.
6. Agricoltore, CG1999. Evoluzione del sistema cardio-polmonare dei vertebrati. Revisione annuale di fisiologia, 61, 573–592.
7. Gaze, DC 2012. Il sistema cardiovascolare: fisiologia, diagnostica e implicazioni cliniche. InTech, Rijeka.
8. Gittenberger-de Groot, AC, Bartelings, MM, Bogers, JJC, Boot, MJ, Poelmann, RE 2002. L'embriologia del tronco arterioso comune. Progress in Pediatric Cardiology, 15, 1–8.
9. Gregory K. Snyder, GK, Sheafor, BA 1999. Globuli rossi: fulcro nell'evoluzione del sistema circolatorio dei vertebrati. American Zoologist, 39, 89–198.
10. Hall, JE 2016. Libro di testo di Guyton e Hall di fisiologia medica. Elsevier, Philadelphia.
11. Hempleman, SC, Warburton, SJ 2013. Embriologia comparativa del corpo carotideo. Fisiologia respiratoria e neurobiologia, 185, 3–8.
12. Muñoz-Chápuli, R., Carmona, R., Guadix, JA, Macías, D., Pérez-Pomares, JM 2005. L'origine delle cellule endoteliali: un approccio evo-devo per la transizione invertebrato / vertebrato del sistema circolatorio . Evolution & Development, 7, 351–358.
13. Rogers, K. 2011. Il sistema cardiovascolare. Britannica Educational Publishing, New York.
14. Safar, ME, Frohlich, ED 2007. Aterosclerosi, grandi arterie e rischio cardiovascolare. Karger, Basilea.
15. Saksena, FB 2008. Atlante a colori dei segni locali e sistemici di malattie cardiovascolari. Blackwell, Malden.
16. Schmidt-Rhaesa, A. 2007. L'evoluzione dei sistemi di organi. Oxford, Oxford.
17. Taylor, RB 2005. Malattie cardiovascolari di Taylor: un manuale. Springer, New York.
18. Topol, EJ, et al. 2002. Libro di testo di medicina cardiovascolare. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia.
19. Whittemore, S., Cooley, DA 2004. Il sistema circolatorio. Chelsea House, New York.
20. Willerson, JT, Cohn, JN, Wellens, HJJ, Holmes, DR, Jr. 2007. Medicina cardiovascolare. Springer, Londra.