Ciclo cardiaco-meccanico: diagramma di Wiggers e parametri ventricolari

Fisiologia I, Lezione 17, 09/04/2024

Prof. Riccardo Viaro

Ciclo cardiaco-meccanico

Introduzione al ciclo cardiaco

Breve ripresa dell'argomento spiegato dal prof. Franchi. In questa lezione verrà trattato il ciclo cardiaco con il diagramma di Wiggers (riportato qui sotto, ricavato dai pdf di Franchi), andando ad analizzare una serie di parametri: pressione ventricolare (mmHg), volume di sangue ventricolare (ml), pressione aortica (mmHg) e pressione atriale (mmHg).

Normalmente, anche nei libri, vengono mostrati grafici che si riferiscono al cuore di sinistra (con muscolatura più spessa, pompa il sangue a livello sistemico), però comunque anche nel cuore destro è tutto uguale, con valori dell'asse y un po' più piccoli (a causa della pressione minore).

Tempo (ms) O 100 200 300 400 500 600 700 800 Complesso ORS Complesso ORS Ciclo cardiaco Elettro- cardiogramma (ECG) P T P 120- 90 Aorta Tacca dicrotica Pressione (mmHg) Pressione ventricolo sinistro 60 Pressione atrio sinistro 30 D C S Ton cardiaci 135- F Volume ventricolare sinistro (mL 65 F Sistole atriale Sistole ventricolare Diastole ventricolare Sistole atriale

Il prof specifica che è necessario imparare a leggere il grafico, correlando le pressioni al volume. Il grafico può essere letto in modi diversi (a seconda dell'ordine con cui si leggono i vari parametri).

I millilitri di sangue vanno sempre da 65 a 135, ciò significa che il ventricolo contiene 135 ml di sangue, ma durante la sistole ne butta fuori circa la metà (135-65=70 ml buttati fuori, circa 65 ml rimangono sempre dentro al cuore in caso di necessità).

1 Nel diagramma, l'elettrocardiogramma (già trattato nelle lezioni precedenti con il prof. Franchi) è correlato ad altri eventi (pressioni e volume ventricolare sinistro).

Rappresentazione grafica dei parametri cardiaci

Nel grafico sono rappresentati:

• il volume in ml di sangue dentro al ventricolo (in basso, linea nera);
• le pressioni: sono 3, del ventricolo (linea rossa), dell'atrio (linea blu) e del vaso che accoglie il sangue, in questo caso l'aorta (linea nera);
• i toni cardiaci.

APressione aortica (linea nera): l'aorta ha una sua pressione sanguigna che, quando finisce la fase iso- volumetrica, è uguale alla pressione del ventricolo (linea rossa e nera sovrapposte). Quando la valvola si apre, aorta e ventricolo non sono più separati e le loro pressioni sono uguali, fino a che si chiuderà ancora la valvola. A questo punto, il sangue non passa più e c'è la fase iso-volumetrica, la pressione cala a volume costante provocando il rilasciamento.

L'atrio ha variazioni di pressioni molto piccole, deve iniettare il suo sangue nel ventricolo (lo fa anche passivamente).

Tutti questi eventi sono correlati all'elettrocardiogramma, con l'onda P, il complesso QRS, l'onda T, quindi la depolarizzazione dell'atrio, la depolarizzazione grande del ventricolo che nasconde la ripolarizzazione dell'atrio (che non si vede) e la ripolarizzazione del ventricolo.

Meccanismo del piano delle valvole

Quando il ventricolo si sposta, si contrae o si rilascia, il piano delle valvole si sposta in su o in giù, creando una depressione, un risucchio. Ad un certo punto, quando poi durante la diastole il ventricolo contratto va a rilasciarsi/allargarsi, le valvole vanno più in alto. Ciò è determinante per il riempimento veloce del ventricolo.

Piano cele valvole Spostamento del piano delle valvole A Fase di sicrione B Fase di riampimerito

Meccanismo del piano delle valvole Lo spostamento del piano delle valvole durante il ciclo cardiaco favorisce il riempimento atriale e ventricolare. A, in seguito alla contrazione del ventricolo, il piano delle valvole si abbassa e facilita il risucchio di sangue nell'atrio B, durante la diastole, il piano delle valvole si innalza, il ventricolo viene a trovarsi in corrispondenza del sangue atriale. Ciò contribuisce in modo determinante al riempimento del ventricolo.

Relazioni tra pressioni cardiache

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Quando la P all'interno del ventricolo scende a causa del rilasciamento muscolare, e diventa inferiore alla P aortica, la valvola aortica si chiude. Quando la P del ventricolo supera la P in aorta la valvola aortica si apre e si ha espulsione di sangue. La Pv continua a crescere e con l'espulsione cresce anche la Pa.

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Relazione pressioni: Arteria polmonare Ventricolo destro Atrio destro

Relazione pressioni: Aorta Ventricolo sinistro Atrio sinistro

Tra cuore destro e sinistro i grafici sono molto simili, solo che la parte destra lavora a pressioni che vanno dai 0 ai 30 mmHg e il sangue va poi nel piccolo circolo. La parte sinistra invece è amplificata nell'asse y perché lavora a pressioni intorno ai 130 mmHg. Per il resto è tutto uguale.

La pressione nell'aorta sarà uguale alla pressione del ventricolo durante l'apertura e la chiusura delle valvole, alla fine della fase iso-volumetrica di 02 Derions 0.4 Riesciarresto mavolumetrico rapida 0.7 contrazione e all'inizio della fase iso-volumetrica di rilasciamento.

Fasi del ciclo cardiaco

2Fasi del ciclo cardiaco Per completezza si allegano anche le slide del prof. Franchi, dato che avrebbe dovuto spiegare lui questo argomento. NB: durante questa spiegazione tenere sempre sottomano il grafico della pagina 1, perché il prof. fa riferimento a quello.

Fase di sistole ventricolare

La FASE DI SISTOLE VENTRICOLARE ha una durata di 300 ms (la diastole dura 500 ms) quando siamo seduti, a riposo. Quando corriamo, sotto sforzo, la durata della sistole rimane la stessa, ma cala la durata della diastole per permettere al cuore di compiere più battiti al minuto. È bene che la durata della sistole non cali, perché il sangue deve essere spremuto tutto nell'aorta, mentre può diminuire la durata della diastole (cioè, il tempo di riempimento), si riempie un po' di meno. La sistole ventricolare si compone delle seguenti fasi:

1. Contrazione iso-volumetrica: la pressione aumenta senza che cambi il volume. La pressione inizia a salire repentinamente e si ferma quando la pressione del ventricolo è di 0,1 in più della pressione dell'aorta (80,1 contro 80). A questo punto si aprono le valvole (punto A nel grafico). Quando le valvole sono aperte, le pressioni si equivalgono. Caratteristiche: volume costante, la pressione atriale

Per convenzione il ciclo si fa normalmente cominciare con la sistole ventricolare e tutti gli eventi si riferiscono a ciò che avviene nei ventricoli

FASE DI SISTOLE VENTRICOLARE ha una durata di circa 0.3 sec e si articola in 3 fasi.

1- CONTRAZIONE VENTRICOLARE ISOMETRICA (o isovolumetrica) L'aumento di pressione causa la chiusura delle valvole AV (1° tono). Siccome le valvole semilunari (aortica a sx e polmonare a dx) sono ancora chiuse la contrazione è isometrica, cioè la pressione aumenta senza variazione di volume VOLUME VENTRICOLARE: costante. PRESSIONE ATRIALE: si ha un aumento della pressione negli atri, dovuto soprattutto alla spinta esercitata dalla muscolatura ventricolare su quella degli atri ed alla chiusura valvolare. Questo evento corrisponde all'onda c nella curva della pressione atriale. PRESSIONE VENTRICOLARE: in rapidissimo aumento. Alla fine di questa fase il VENTRICOLO SINISTRO raggiungerà gli 80 mmHg , mentre il VENTRICOLO DESTRO raggiungerà gli 8 mmHg.

ha un leggero aumento (perché la muscolatura ventricolare inizia a premere sull'atrio), la pressione ventricolare aumenta rapidamente.

1. Eiezione ventricolare rapida: il sangue esce dal ventricolo ed entra nell'aorta. Il volume cambia da 135 ml a 90/85 ml (più di 2/3) molto velocemente. Vengono espulsi i 3/4 di sangue. Siamo ancora nella fase di progressivo aumento della pressione. La pressione atriale durante questa fase è nulla.

2-EIEZIONE VENTRICOLARE RAPIDA Il 70% del volume totale di sangue espulso durante la sistole (circa 70ml) è espulso in questa fase (circa 50ml). VOLUME VENTRICOLARE: in rapida diminuzione PRESSIONE ATRIALE: si abbassa sino a valori prossimi a 0 mmHg. PRESSIONE VENTRICOLARE: si ha un progressivo aumento della pressione sanguigna. Nel ventricolo sinistro si passa da gli 80 mmHg ai 120 mmHg mentre nel ventricolo destro si passa dagli 8 mmHg ai 25 mmHg.

1. Eiezione ventricolare lenta: il ventricolo è quasi vuoto. Viene espulso l'ultimo 1/4 (30%) di sangue verso l'aorta. La pressione del ventricolo inizia a calare. Il volume cambia poco, va dai 90 ai 65 ml, la pressione dell'aorta e del ventricolo calano e il sangue esce più lentamente (i sarcomeri del cuore hanno finito di contrarsi). La pressione atriale inizia un po' ad aumentare.

3- EIEZIONE RIDOTTA (o Lenta o PROTODIASTOLE) E' la parte finale della sistole ventricolare. Le fibre muscolari dei ventricoli raggiungono la loro lunghezza minima e non possono quindi contrarsi ulteriormente. La velocità di efflusso del sangue decresce progressivamente sino ad azzerarsi. La pressione ventricolare diminuisce ma essendo ancora più alta di quella atriale gli atri continuano a riempirsi. Il rimanente 30% di volume espulso è riversato nell'aorta in questa fase. VOLUME VENTRICOLARE: in lenta diminuzione. PRESSIONE ATRIALE: in progressivo aumento. Questo incremento è legato al riempimento delle cavità atriali. PRESSIONE VENTRICOLARE: in diminuzione.

Fase di diastole ventricolare

3La FASE DI DIASTOLE VENTRICOLARE ha una durata di 500 ms. Si chiude la valvola, la sistole è finita. Il sangue non va più dal ventricolo all'aorta/arteria polmonare. Si ha un cambiamento di pressione nell'aorta, il flusso non è più regolare e il sangue va a sbattere. La pressione dell'aorta ora è di 0,1 + la pressione del ventricolo, perché il cuore ha terminato di buttare il sangue nell'aorta. La diastole ventricolare si compone delle seguenti fasi:

1. Rilasciamento iso-volumetrico: inizia la parte iso-volumetrica, le valvole tra ventricolo e aorta

FASE DI DIASTOLE VENTRICOLARE Ha una durata che si avvicina agli 0.5 sec. e tra atrio e ventricolo sono chiuse, cala la Viene suddivisa in 4 quattro fasi: pressione. Il volume del sangue non cambia, 1- RILASCIAMENTO ISOVOLUMETRICO rimangono i 65 ml (riserva funzionale). Il Questa fase ha inizio quando la muscolatura ventricolare comincia a rilassarsi. La pressione dei ventricoli scende al di sotto della pressione esercitata dal sangue contenuto nell'aorta e nell'arteria polmonare sulle valvole semilunari, che quindi si chiudono. Sebbene in declino la pressione ventricolare è ancora maggiore di quella atriale e quindi le valvole A-V rimangono chiuse. In definitiva non c'è alcun cambiamento di volume ematico nei ventricoli. ventricolo cala la pressione. Ad un certo punto, la fase di rilasciamento iso-volumetrico finisce perché fra i ventricoli inizia una

VOLUME VENTRICOLARE: raggiunge il suo valore minimo, (volume sistolico finale o telesistolico). PRESSIONE ATRIALE: si ha un aumento della pressione dovuto al riempimento degli atri. PRESSIONE VENTRICOLARE: in rapidissima diminuzione

comunicazione; l'atrio (linea blu) avrà una pressione leggermente più alta del ventricolo (linea rossa), infatti la pressione dell'atrio è di 0,1 in più rispetto a quella del ventricolo, perciò il sangue passa dall'atrio al ventricolo.

Il prof ripete quanto appena spiegato: le valvole tra atrio e ventricolo e tra ventricolo ed aorta sono chiuse, non c'è alcun cambiamento di volume ematico; il volume del ventricolo raggiunge il suo valore minimo, detto volume telesistolico. La pressione atriale aumenta, la pressione del ventricolo cala.

1. Riempimento ventricolare rapido: finisce il rilasciamento iso-volumetrico e si apre la valvola tra atrio e ventricolo, il ventricolo può riempirsi con il sangue che è nell'atrio. Distinguiamo 3 fasi di riempimento:

2- RIEMPIMENTO VENTRICOLARE RAPIDO La pressione ventricolare scende al di sotto di quella atriale. In tale condizione le valvole A-V si aprono e il sangue accumulato negli atri si riversa rapidamente nei rispettivi ventricoli. Inoltre siccome la muscolatura ventricolare continua a rilassarsi le cavità continuano ad espandersi risucchiando a mo' di pompa il sangue dagli atri. Il rapido flusso di sangue è quindi dovuto ad entrambi i fattori. VOLUME VENTRICOLARE: in rapido aumento PRESSIONE ATRIALE: prossima a 1 mmHg PRESSIONE VENTRICOLARE: prossimma a 0 mmHg

• una fase rapida, in cui il ventricolo ha i suoi 65 ml rimanenti e si riempie velocemente (punto F nel grafico), il volume sale
• una fase lenta, in cui si ha il plateau
• un rabbocco finale

Nella fase di riempimento rapido, le valvole tra atrio e ventricolo si sono aperte e il sangue accumulato negli atri si riversa rapidamente nei ventricoli. Inoltre, dato anche lo spostamento del piano delle valvole, avviene un risucchio di sangue da parte del ventricolo. Si passa da 65 a 100/110 ml di sangue nel ventricolo. La pressione atriale è nulla e anche quella ventricolare.

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