Lezione 02/03/09 Prof. Colantuoni Il potenziale di membrana I A causa delle loro grandi dimensioni, le cellule nervose di calamaro sono stato utilizzate per studi quali la determinazione del potenziale di membrana Nelle cellule il K+ ha una concentrazione intracellulare di 145 mEq/l, mentre allesterno della cellula la concentrazione di 4-5 mEq/l; il Na+ invece ha una concentrazione extracellulare di 145 mEq/l e una intracellulare di 10-30 mEq/l . Inoltre le proteine del citoscheletro contengono gruppi COO- e NH3+ quindi possono essere caricate sia positivamente che negativamente in base al pK (pH al quale la proteina dissociata come anione e catione in eguale quantit); il pH di una cellula intorno a 7,3/7,4 e a questo pH le proteine del citoscheletro si dissociano sottoforma di anioni indiffusibili Secondo la formula di Gibbs-Donnan, il prodotto degli ioni diffusibili nel compartimento i (intracellulare) uguale al prodotto degli ioni diffusibile nel compartimento e (extracellulare) Lo ione potassio tende ad essere pi concentrato nel compartimento dove pi presente lanione indiffusibile (intracitoplasmatico) con conseguente asimmetria di concentrazione nei due compartimenti; lo ione sodio invece tenuto allesterno grazie a meccanismi attivi, infatti anche se dovesse entrare nel compartimento intracitoplasmatico, sarebbe ricacciato allesterno dalla Na+/K+ ATPasi La membrana si carica negativamente perch la fuoriuscita di K+ dalla cellula non seguita da una contemporanea fuoriuscita di A- (anioni in diffusibili) Lo ione sodio ha un diametro molto piccolo ma ha una grande attivit osmotica, cio accumula intorno a s una grande quantit di acqua; questo il motivo per il quale il Na impermeabile ad alcuni canali della membrana plasmatica

Lezione 03/03/09 Prof. Colantuoni Il potenziale di membrana II / Elettrofisiologia cardiaca I Una cellula eccitabile ha la capacit di rispondere a stimolazioni esterne; questa risposta non che una inversione del potenziale di membrana Hodking e Huxley hanno vinto il premio nobel per aver misurato il primo potenziale di membrana e la polarizzazione da -70 mV a +30 mV Linversione del potenziale dura pochi attimi, infatti in 2-3 millisecondi si ha nuovamente una caduta del potenziale. La generazione di un potenziale dazione data da depolarizzazione e successiva ripolarizzazione Se la stimolazione di una cellula efficace si annulla la selettivit della permeabilit di membrana poich vengono aperti tutti i canali nel punto di stimolazione; in questo modo Na+ in grado di attraversare la membrana ed entrare nella cellula (sia per gradiente di concentrazione che per gradiente elettrico). Il sodio quindi lo ione della depolarizzazione. Lo stimolo determina anche lapertura dei canali del K+ e questo ione tende ad uscire dalla cellula sia perch questultima ne ricca, sia perch il potenziale diventato positivo . La fuoriuscita del potassio determina il ritorno del potenziale allo stato di riposo. Il potassio lo ione della ripolarizzazione La conduttanza (G) indica la permeabilit di membrana di uno ione in un solo senso (in entrata o in uscita). La permeabilit in senso stretto invece implica un movimento in entrambi i sensi. Nella fase di depolarizzazione la conduttanza dingresso dello ione sodio (GNa) aumenta rapidamente e poi si stoppa, invece la GK in uscita diventa molto elevata durante la ripolarizzazione e aumenta pi lentamente rispetto alla GNa in ingresso durante la depolarizzazione. In condizioni di riposo il canale del Na presenta un cancello chiuso verso lo spazio extracellulare (gate M) che ha tre inferriate che si aprono per stimolo elettrico della membrana; il canale presenta anche un cancello verso lo spazio citoplasmatico (gate H). Quando il potenziale +30 mV il gate H si chiude (inattivazione del canale). Invece a -70 mV il gate H si apre

ma si chiude il gate M (chiusura del canale)

Elettrofisiologia cardiaca I nodi senoatrioale e atrioventricolare sono costituiti da cellule P situate verso il centro, e cellule T posizionate pi in periferia; le cellule P sono in grado di determinare un potenziale dazione indipendentemente da stimoli esterni Il potenziale emerge dal nodo seno atriale con una serie di cerchi concentrici che si espandono in tutto latrio (immagine del sasso nello stagno). Londa raggiunge anche il nodo atrioventricolare, che costituisce il punto in cui limpulso si insinua nel fascio di His; questa lunica via che limpulso elettrico pu utilizzare per raggiungere il ventricolo, anche perch il cercine fibroso del cuore impedisce la sua propagazione Nellatrio sono presenti tre fasci muscolari a scarsa resistenza elettrica che facilitano la conducibilit del potenziale dal nodo senoatriale al nodo atrioventricolare; sono i fasci di Backman, Wenchebach e Thorel

Lezione 04/03/09 Prof. Colantuoni Elettrofisiologia Cardiaca II Le cellule del nodo senoatriale (NSA) sono particolari perch anche in condizioni di riposo le loro membrane sono permeabili allo ione sodio. In queste cellule non c un periodo di riposo ma il potenziale sempre instabile. Il potenziale di riposo delle cellule del NSA di -65mV, ma si mantiene per pochi istanti, infatti sale subito al valore di -40mV. Prende il nome di prepotenziale il passaggio da -65 a -40mV ed causato da un aumento della permeabilit della membrana per il sodio (corrente Funny If) La corrente funny generalmente una corrente cationica, cusata non solo da sodio, ma ad esempio anche da potassio Durante la corrente funny, intorno al valore di -55/-50mV, si aprono i canali per il calcio voltaggio-dipendenti; questi sono canali transitori, quindi si aprono per poco tempo facendo entrare il calcio nella cellula, causando un aumento del potenziale fino al valore di -40mV; -40mV rappresenta il valore soglia per lattivazione delle cellule pacemaker: si aprono i canali L del calcio (long lasting) che rimangono aperti a lungo e causano un ingresso rapido e massivo di questo ione, che porta il potenziale da -40mV a 0/+10mV Le cellule pacemaker quindi utilizzano il sodio esclusivamente durante la corrente funny per raggiungere il valore soglia, usando il calcio per leffettiva depolarizzazione I fenomeni elettrici delle cellule pacemaker sono 100 volte pi lenti di quelli delle cellule nervose (circa 200ms contro 2-3ms) Quando il potenziale di membrana raggiunge il valore di +10mV il calcio non entra pi nella cellula e il potenziale si abbassa; aumenta quindi la conduttanza in uscita del potassio (attraverso canali voltaggio-dipendenti),

la cui fuoriuscita riporta il potenziale al valore temporaneo di -65mV Le cellule T (di transizione) del NSA permettono la fuoriuscita del potenziale dal nodo stesso. Queste cellule producono un potenziale dazione in cui la scarica pi lenta. In seguito il potenziale raggiunge il nodo atrio-ventricare (NAV) e poi le cellule del Purkinje e miocardiche ventricolari. Il potenziale di queste ultime cellule di -90mV e si mantiene costante nel tempo fino a quando non sono raggiunte dal potenziale originato da NSA, che consente lapertura lapertura dei canali per il sodio. Comincia la fase 0: il valore del potenziale sale rapidamente da -90 a +30mV e comincia una lunghissima fase di ripolarizzazione La fase di ripolarizzazione scomponibile a sua volta in tre differenti fasi: fase 1, durante la quale il potenziale cala da +30 a +10mV (fase di ripolarizzazione iniziale); fase 2, in cui il potenziale oscilla intorno a 0 tra +10 e -10mV ed una fase molto lunga (fase di plateau); fase 3 (fase di ripolarizzazione finale) che prevede il ritorno del potenziale a -90mV; fase 4 (di riposo) La fase 0 in rapporto allingresso di ioni sodio, la 1 da fuoriuscita di potassio attraverso i canali voltaggio-dipenti; la fase 2 presenza due correnti che si bilanciano, una di potassio in uscita e una di calcio in entrata (sempre canali voltaggio-dipendenti); nella fase 3 vi sempre fuoriuscita di potassio attraverso canali voltaggio-indipendenti; nella fase 4 viene infine rientrigata lattivit di membrana della sodio-potassio ATPasi, interrottasi con la depolarizzazione della membrana

Lezione 09/03/09 Prof. Colantuoni Elettrofisiologia Cardiaca III Potenziale dei miocardiociti ventricolari Fase 1: uscita del potassio da un canale transient outward, che genera la corrente Ito1; lingresso del cloro attraverso degli appositi canali genera invece la corrente Ito2 Fase 2: corrente ripolarizzante di potassio attraverso canali voltaggio dipendenti alla quale si contrappone e bilancia una corrente depolarizzante dovuta ai canali del calcio, che entra attraverso i canali L (long-lasting); si distinguono tre differenti canali del potassio voltaggio dipendenti, ultrarapidi (Kur) rapidi (Kr) e lenti (Ks) Fase 3: il calcio non entra pi allinterno della cellula ma continua la fuoriuscita di potassio. Raggiunto un valore del potenziale di 30/40mV entra in gioco il canale del potassio voltaggi-indipendente (Kv inward rectifier) che contribuisce alla parte finale della ripolarizzazione tramite lespulsione di K+ dalle cellula Fase 4: ricomincia lattivit della Na+/K+ ATPasi Lingresso del calcio durante la fase di plateau importante per linnesco della contrazione dei miocardiociti, anche se in realt non sufficiente, ma provoca il fenomeno del rilascio di calcio indotto da calcio (CICR, calcium induced, calcium release); infatti il calcio entrante si lega ai recettori sensibili alla rianodina RyrR2, consentendo lapertura dei canali del calcio del reticolo sarcoplasmatico. Aumenta quindi il calcio citoplasmatico e

questo si lega alla troponina C, scatenando linnesco della contrazione cardiaca. Ca2+ quindi lo ione che accoppia i fenomeni elettrici con quelli meccanici ed anche importante durante la fase di rilassamento muscolare, infatti attiva una chinasi Ca2+-calmodulina dipendente, che fosforila il fosfolambano; questa una proteina presente in monomeri che polimerizzano in un penta peptide e che normalmente inibisce SERCA (ATPasi Ca2+ dipendente del reticolo sarcoplasmatico che sequestra nuovamente il calcio dal citosol al reticolo. La fosforilazione del fosfolambano ne blocca la funzionalit

Lezione 10/03/09 Prof. Colantuoni Elettrofisiologia Cardiaca IV Nel reticolo sarcoplasmatico la calsequestrina lega il calcio accumulato dalla SERCA La fosforilazione del fosfolambano favorita, oltre che dal calcio, dal cAMP La fosforilazione della subunit I della troponina determina rilasciamento muscolare, facilitando il distacco actina-miosina: effetto lusitropo Le quattro propriet fondamentali del cuore sonop: batmotropismo (eccitabilit delle cellule) dromo tropismo (conducibilit dellimpulso elettrico) crono tropismo (capacit di depolarizzazione ritmica) e inotropismo (forza di contrazione) Sulla membrana dei miocardiociti ventricolari lo scambiatore Na+/Ca2+ pu funzionare in due sensi: quando vi accumulo di sodio nella cellula questo viene espulso attraverso uno scambio con il calcio, quando il calcio ad essere accumulato, questo viene espulso attraverso scambio con il sodio Nella fase 0 entra il sodio e lo scambiatore si attiva; nella fase di plateau il calcio ad entrare e ad attivare lo scambiatore; si tratta sempre di quantit modeste che non alterano i valori globali, ma sono necessarie per evitare

fenomeni di overload Stunning: blocco della contrazione per incapacit di rilassamento cardiaco, causato da danno ischemico del miocardio: le cellule si caricano di calcio Il controllo della quantit di calcio intracellulare garantito da tre differenti meccanismi: SERCA, scambiatore e fuoriuscita dalla cellula attraverso un meccanismo ATP dipendente Leccitabilit delle cellule miocardiche (batmotropismo) dipende dallinsieme degli ioni che si trovano nello spazio extracellulare e intracellulare; il crono tropismo rappresenta il numero di depolarizzazioni; intorno ai 70 battiti al minuto (significa che 70 potenziali sono indotti dal NSA ogni minuto Il sistema nervoso parasimpatico si esprime con il nervo vago, innerva soprattutto latrio (importante NSA); il simpatico deriva dai gangli cervicali e innerva densamente i ventricoli e solo in parte gli atri. Il neurotrasmettitore del simpatico e la noradrenalina, quello del parasimpatico lacetilcolina. Il nervo vago bradicardizzante, infatti il sistema parasimpatico rallenta il ritmo cardiaco; il simpatico determina invece tachicardia (aumento della frequenza cardiaca)

Lezione 11/03/09 Prof. Colantuoni Modulazione della frequenza cardiaca Onda del polso: onda di dilatazione (e conseguente ritorno elastico) che dallaorta raggiunge tutte le arterie periferiche. La noradrenalina, liberata dalle terminazioni post-gangliari del sistema simpatico, raggiunge le cellule del NSA e aumenta la permeabilit di membrana per il sodio e per il calcio, ne consegue una salita pi rapida del potenziale dazione. La noradrenalina nel NSA agisce attraverso recettori adrenergici, che sono legati a proteine G coinvolte nellattivazione delladenilato ciclasi, responsabile della formazione di cAMP; questo secondo messaggero attiva i canali del calcio fosforilandoli e causandone lapertura, con conseguente rapido e massiccio ingresso di calcio nella cellula che causa la salita del potenziale a +10mV. Questo meccanismo favorisce anche il rilasciamento muscolare in quanto il calcio fosforila il

fosfolambano; questo processo importante perch per aumentare la frequenza cardiaca necessario aumentare sia la velocit di contrazione che la velocit di rilasciamento. Lingresso di ioni calcio determina anche la velocit di contrazione (tramite meccanismo CICR) La noradrenalina quando stimola i miocardiociti ventricolari, aumenta anche la velocit dingresso dello ione cloro, che aumenta la ripolarizzazione, diminuendo la durata del potenziale dazione Il nervo vago causa invece bradicardia: libera infatti acetilcolina, che si lega al suo recettore muscarinico delle cellule nodali, consentendo lapertura di canali del potassio voltaggio-indipendenti. Aumenta cos la conduttanza in uscita del potassio con conseguente iperpolarizzazione (aumenta la negativit intracellulare). In queste condizioni la cellula impiega pi tempo per raggiungere il potenziale di -40mV (al quale si scatena la depolarizzazione). Inoltre il recettore muscarinico attiva una fosfatasi (GTPasi) che inibisce ladenilato ciclasi e quindi riduce i livelli di cAMP e la conduttanza degli ioni calcio. Tutti questi effetti sono mediata dalle subunit della proteina eterotrimerica G che si dissocia in seguito al legame dellacetilcolina al suo recettore; la subunit invece agisce su altri canali del potassio, particolarmente nel ventricolo, che sono ATP dipendenti La risposta del vago batmotropa negativa, dromotropa negativa, cronotropa negativa ma inotropa positiva, in quanto se si rallenta la frequenza cardiaca il ventricolo ha pi tempo per riempirsi e accumula un volume maggiore di sangue, questo per la legge di Starling scatena una contrazione ventricolare pi forte. Gli atleti riescono ad avere una frequenza cardiaca pi bassa ma a pompare una quantit di sangue maggiore. Il simpatico tutte risposte positive. Lezione 12/03/09 Prof. Colantuoni Elettrocardiogramma Quando nel cuore si manifestano correnti ioniche, queste influenzano tutta la zona circostante, e lorganismo umano un buon conduttore. Per effettuare un elettrocardiogramma infatti basta applicare degli elettrodi in punti specifici della superficie corporea. Einthoven ipotizz che il cuore si trovasse al centro di un triangolo; in questo triangolo possibile posizionare gli elettrodi per la misurazione in 6 punti differenti, in particolare si possono posizionare in tre coppie di

posizioni differenti (derivate di Einthoven): la derivata 1 consiste nel posizionare lelettrodo negativo sul braccio/polso destro e lelettrodo positivo sul braccio/polso sinistro; la derivata 2 il posizionamento dellelettrodo negativo sul braccio/polso destro e lelettrodo positivo sulla gamba/caviglia sinistra; in derivata 3 posizionamo lelettrodo negativo sul braccio/polso sinistro e lelettrodo positivo sulla gamba/caviglia sinistra; gli apici del triangolo di Einthoven risultano quindi costituiti dal braccio destro (sul quale applichiamo sempre un elettrodo negativo) dal braccio sinistro (sul quale possono essere posizionati sia un elettrodo negativo che uno positivo) e dalla gamba sinistra (sempre elettrodo positivo). I lati del triangolo costituiscono le tre derivate di Einthoven; pu essere posizionato un quarto elettrodo sulla gamba/caviglia destra in modo da scaricare limpulso Nellelettrocardiogramma i tratti privi di deflessioni rappresentano londa isoelettrica; le onde positive formano delle deflessioni verso lalto, le negative formano deflessioni verso il basso La prima deflessione londa P, segue un tratto isoelettrico, poi londa Q (deflessione negativa), onda R (deflessione positiva) e onda S (deflessione negativa). Queste tre onde costituiscono il complesso QRS, al quale segue un tratto isoelettrico prima dellonda T (deflessione positiva). In caso di frequenza molto bassa possibile notare anche londa U Londa P rappresenta la depolarizzazione dellatrio scatenata dal NSA; intanto londa entra nel fascio di His attraverso il NAV; quando il potenziale comincia ad interessare il ventricolo, lelettrocardiogramma registra il complesso QRS, che indica quindi la depolarizzazione ventricolare. Londa T rappresenta la ripolarizzazione ventricolare e londa U la ripolarizzazione dei muscoli papillari (la ripolarizzazione atriale mascherata dal complesso QRS) Una forza elettrica pu essere espressa con un vettore e unonda positiva quando il vettore diretto verso lelettrodo positivo Londa T positiva nonostante registri una ripolarizzazione, questo accade perch, mentre la depolarizzazione ventricolare parte dallendocardio e raggiunge lepicardio, la ripolarizzazione va in senso inverso, dallepicardio allendocardio; se unonda registrata positiva quando la depolarizzazione

diretta verso lelettrodo positivo, lo anche se una RIPOLARIZZAZIONE si allontana dallo stesso elettrodo. Consideriamo due vettori con direzione opposta, se sono di segno opposto, questi si equivalgono:

+ =

-

Lezione 23/03/09 Prof. Colantuoni Sistema Circolatorio La pressione nellaorta varia da un minimo di 120mmHg quando il ventricolo si svuota ad un minimo di 80mmHg quando la valvola semilunare si chiude, anche se in realt nel ventricolo in diastole la pressione

raggiunge valori compresi nellintervallo di 0-10mmHg. Questa differenza dovuta alleffetto volano (o effetto camera di condensazione): durante la sistole il ventricolo fa aprire le valvole semilunari e il sangue passa nellaorta, che dotata di una tonaca media particolarmente ricca di fibre elastiche. Il sangue proveniente dal ventricolo quindi distende il vaso (trasformazione di energia di pressione in energia elastica). Quando leiezione finisce si verifica il ritorno elastico dellaorta su s stessa, che mantiene la pressione pi elevata e spinge il sangue nuovamente verso il ventricolo, causando la chiusura delle valvole semilunari. Per il principio di Bernoulli necessario prendere in considerazione tre fattori durante la sistole ventricolare: la pressione che spinge il sangue nel vaso, lenergia che dipende dalla colonna idrostatica e lenergia sistematica, cio la velocit di flusso del sangue. Gli organi che si trovano al di sopra del cuore, in posizione eretta, ricevono il sangue con una forza minore. Pressione differenziale: differenza tra pressione massima e minima. Maggiore lelasticit dellaorta minore sar la pressione differenziale Durante la vecchiaia la pressione sistolica aumenta quindi aumenta la pressione differenziale (diminuzione dellelasticit dellaorta) La pressione diastolica anche indice della resistenza che si oppone al flusso di sangue Le arteriole muscolari possiedono una tonaca media ricca di fibre muscolari lisce che risentono di una serie di fattori di regolazione. La diastole anche un indice della contrazione muscolare delle fibre delle arteriole. La contrazione aumenta la resistenza periferica. Una marcata costrizione delle arteriole causa un aumento della pressione diastolica

Lezione 25/03/09 Prof. Colantuoni Sistema Circolatorio II

possibile studiare il polso venoso nella giugulare, dove le pressioni sono ridotte. Il polso presenta una serie di onde caratteristiche e landamento rispecchia le fasi del ciclo cardiaco: presenti onde positive in alto (A e C), unonda negativa X, unaltra onda positiva V e unultima negativa Y Onda A: presistole Onda C: contrazione ventricolare, sale la pressione intrave ntricolare, si verifica erniazione della valvola tricuspide che aumenta la pressione interatriale (sistole isovolumetrica) Onda X: sistole isotonica che avvicina lapice del cuore alla base; collasso sistolico: aumenta il volume dellatrio, la cui pressione diminuisce Onda V: aumenta il contenuto atriale con aumento della pressione, che supera quella intraventricolare; apertura delle valvole atrioventricolari Onda Y: collasso diastolico; il sangue passa dallatrio al ventricolo

I due ventricoli, di destra e di sinistra, devono spingere nel sistema lo stesso volume di sangue perch vanno considerati come due pompe posizionate in serie. Se ad esempio il ventricolo sx diventa insufficiente non in grado di svuotarsi completamente e spinge in circolo meno ml di sangue, mentre il ventricolo dx continua a mettere in circolo la stessa quantit di sangue. In 10 minuti i 70 ml che vanno al circolo polmonare determinano qui un accumulo di sangue

(segue digressione filosofica sulla vita di Benedetto Croce) Laccumulo di sangue nel piccolo circolo determina edema polmonare: la pressione tale che la pressione che si genera determina uno stravaso di liquido che penetra negli alveoli, impossibilitati cos agli scambi gassosi La legge di Ohm applicabile al sistema circolatorio Q = P/R La resistenza incontrata nel sistema circolatorio dipende da diversi fattori: caratteristiche geometriche (8/), lunghezza dei vasi (l), raggio del vaso (r4) R= (8/) x () x (l/r4) Quindi se si riduce di poco il diametro, la resistenza si alza moltissimo e viceversa Legge di Hagen-Poiseuille: Q= (Pr4) / (8l) Questa legge regola il flusso (Q)

Considerando un liquido newtoniano, la viscosit viene intesa come lurto degli strati del liquido in scorrimento che si spostano anche verso gli strati superiori e inferiori

Un liquido in un condotto chiuso ha una lamina centrale con velocit massima e man mano che ci si sposta verso la parete, le lamine scorrono con velocit inferiore. Landamento di tipo parabolico

Dal punto di vista microscopico il sangue non pu essere considerato un liquido newtoniano per la presenza della parte corpuscolata

Lezione 31/03/09 Prof. Colantuoni Sistema circolatorio III / Micocircolo La legge di Poiseulle una derivazione della legge di Ohm, secondo la quale il flusso direttamente proporzionale a P e inversamente proporzionale a R Consideriamo il flusso dacqua in un condotto aperto: il liquido viene inteso come un insieme di lamine scorrenti luna sullaltra. La viscosit in questo caso data dallattrito che si sviluppa a causa di questo scorrimento. Newton parlava di mancanza di scorrimento Shear Rate: gradiente di velocit; dato dalla differenza di velocit tra due strati di liquido a distanza u = du/dr Shear Stress (): lo sforzo di taglio, cio la forza che applichiamo in maniera tangenziale alla superficie = F/A Il sangue di per s una sospensione di cellule in un liquido e la sua viscosit non rimane costante con variare di e quindi della velocit La viscosit apparente quella calcolata con la legge di Poiseulle Nel caso di tubi chiusi lo Shear Stress si calcola tra parete e liquido (il sangue nel nostro caso) Legge di Bernoulli: E= P + v2/2 + gh P e v2/2 dipendono dallattivit cardiaca e dalla velocit che il sangue acquista quando spinto in circolo dal ventricolo Microcircolo Il microcircolo comprende arteriole, capillari e venule. Il diametro delle arteriole < 100 m, queste attraverso un sistema di 4-5 terminazioni danno origine alle arteriole terminali, dalle quali sfioccano i capillari. Le arteriole hanno tutte le tonache Le arteriole con diametro compreso tra 7 e 100 m sono dette muscolari per lo sviluppato sistema muscolare liscio. I capillari possiedono solo endotelio e membrana basale e mediamente hanno diametro di 4-5 m. I capillari confluiscono nelle venule post-capillari che, a loro volta, confluiscono nelle venule vere e proprie

La muscolatura liscia nelle arteriole terminali si trova allinizio dei capillari, formando sfinteri pre-capillari che non rappresentano singole unit di muscolatura liscia.

Krogh stato il primo a studiare in maniera sistematica il microcircolo. Nel mesentere di rana quando si passa dal versante arterioso a quello venoso unarteriola perde la struttura muscolare e diventa preferenziale, formando una metarteriola

A livello capillare avviene la formazione del liquido interstiziale (2l/die): si verificano i fenomeni di diffusione e filtrazione. Attraverso i pori generalmente non passano le proteine plasmatica, al limite proteine molto piccole. Le pressioni idrostatica e oncotica interstiziali sono considerate, con una prima approssimazione, trascurabili.

Lezione 20/04/09 Prof. Colantuoni Microcircolo II Branching terminale: arborizzazione terminale del microcircolo; composto da 4-5 arteriole dalle quali, attraverso le arteriole terminali, i capillari. Zweifach stato il padre della moderna microcircolazione Larteria A4 (o A5) quella dalla quale prendono origine i capillari. Il circolo capillare d origine poi alle venule post-capillari Sistema centrifugo di Wiedemann: arterie da A1 fino a A4/A5; Sistema centripeto di Strahler: si parte dai capillari (vasi di ordine 0), larteriola terminale larteriola di ordine 1, poi si continua perlomeno fino allordine 5. Questi cinque ordini sono quelli che costituiscono il Branching terminale Considerando gli scambi capillari necessario considerare gli scambi che portano alla formazione del liquido interstiziale e gli scambi gassosi Legge di Starling: il liquido che si forma per unit di superficie (Jv/S) dipende dalla conduttivit di membrana (Lp), dalla differenza tra pressione idrostatica dei capillari e dellinterstizio (Pc Pi), dal coefficiente di riflessione delle proteine plasmatiche (permeabilit delle pareti del vaso alle proteine plasmatiche) moltiplicato per la differenza tra pressione oncotica nei capillari e nellinterstizio [(c-i)]. Consideriamo Pi e i trascurabili in prima approssimazione, quindi la filtrazione dipende da Pc e c Nei capillari la Pc di 32 mmHg e spinge lacqua verso lesterno; ma le proteine rimaste hanno un certo peso molecolare e attraggono acqua (c), pressione oncotica di 25mmHg. Quindi c una forza filtrante di 7 mmHg che forma 24l/die di liquido interstiziale, dei quali 22l sono assorbiti nel versante venoso, perch andando verso le venule la pressione oncotica tende a superare quella idrostatica ( = 28mmHg, P = 10-15 mmHg) Ma la Pi? Gayton studiava il tessuto sottocutaneo impiantando delle sferette cave nel tessuto sottocutaneo di coniglio; faceva riempire le sferette di

tessuto cicatriziale, poi cercava di penetrare nelle sferette con delle micro pipette; usava poi un meccanismo per misurare pressioni di basso valore e misur una pressione negativa. Quindi allesterno dei vasi presente una pressione negativa che facilita la formazione del liquido interstiziale (-2/-5) Wiederheilm studiava il microcircolo e si chiese se la pressione negativa di Gayton fosse causata da un accumulo proteico nelle sferette cave. Le proteine, infatti, potrebbero avere un effetto osmotico. Le arteriole terminali muscolari hanno un muscolo liscio che fa una serie incredibile di movimenti, quindi non hanno mai un diametro costante; questo meccanismo pu anche causare obliterazione del lume (vasomotilit). Quando il vaso si costringe nelle diramazioni successive non scorrer pi sangue: si ha unonda di costrizione che chiude tutte le arteriole successive con blocco del flusso capillare e caduta della pressione idrostatica al di sotto di quella oncotica in tutti i capillari; ne consegue che il liquido interstiziale non si forma, ma si verifica assorbimento di liquidi lungo tutti i capillari. Si dice che i capillari funzionano da elemento assorbente, contrapposto ad elemento filtrante. Quindi se viene introdotto il concetto di vasomotilit, i capillari possono agire da elementi assorbenti o filtranti in base allo stato di costrizione. Quando un vaso si costringe si ha nellinterstizio un aumento di volume, vi una diminuzione della pressione perch come se linterstizio si allargasse. Quando larteria si rilassa il vaso preme sullinterstizio, aumentando la pressione. Quindi, in conclusione non si pu parlare di una Pi costantemente negativa

Lezione 30/04/09 Prof. Colantioni Microcircolo III (regolazione della circolazione capillare) Il reclutamento di capillari consente di aumentare la quantit di sangue che passa nel letto capillare (Krogh??) immaginava che in condizioni normali i capillari perfusi sono pochi ma aumentano sotto stimolazione. Ad esempio nel muscolo, durante lesercizio aumenta il numero di capillari perfusi Primo meccanismo per la regolazione della circolazione capillare: teoria miogena. Il circolo capillare regolato dal muscolo liscio dellarteria che d origine ai capillari Bayliss, un fisiologo inglese, scopr che nelle arteriole una distensione della parete causa una contrazione (riflesso miogeno, primo meccanismo di regolazione della perfusione capillare). una caratteristica intrinseca della muscolatura Nella muscolatura dei vasi, a livello delle diramazioni ci sono delle cellule muscolari che assomigliano a cellule pacemaker e che quindi hanno la capacit di auto-eccitarsi. Duling ha lavorato sulla sacca buccale del criceto e osserv cicli di contrazione e rilasciamento automatici per circa mezzora Uno studio sulle arterie mesenteriche di ratto per lattivit contrattile ha permesso di scoprire che cellule simil-pacemaker sono particolarmente permeabili al cloro per la presenza di speciali canali del cloro Ca2+ dipendenti (sono altri meccanismi che permettono di regolare la contrazione) Secondo meccanismo per la regolazione della circolazione capillare: teoria

nervosa Il sistema nervoso autonomo formato da fibre simpatiche che innervano molto le strutture arteriolari. Nel bulbo presente il centro vasomotore e contiene neuroni pacemaker che inviano fibre lungo la colonna intermedio laterale del midollo, scaricano sul tessuto muscolare vascolare (scarica simpatica) e determinano contrazione del muscolo liscio pre-capillare I meccanismi quindi sono plurimi e integrati tra loro Terzo meccanismo per la regolazione della circolazione capillare: teoria metabolica Il muscolo sensibili ai metaboliti come acido lattico, a variazione del pH (acidosi vasodilatazione), presenza di Adenosina (uno dei pi potenti vasodilatatori, deriva dal metabolismo dellATP) Importante anche la presenza di almeno due fattori endoteliali: NO e fattore iperpolarizzante EDHF. Sono entrambi vasodilatatori prodotti dalle cellule endoteliali. EDHF sembra essere prodotto durante il metabolismo del citocromo P450. NO viene liberato in seguito a stiramento delle cellule endoteliali

Lezione 05/05/09 Prof. Colantuoni Regolazione della pressione arteriosa In tutti i tessuti, tratte il cuore e i polmoni, lipossia causa vasodilatazione, con variazioni della produzione di sostanze e pH Furchgot fece degli esperimenti prendendo delle arterie isolate e lasciandole contrarre e rilasciare in vitro; osserv che lacetilcolina causava vasodilatazione, inoltre facendo passare delaria compressa che distruggeva lendotelio o una micro pipetta che causava danno meccanico dellendotelio, lacetilcolina causava invece vasocostrizione EDRF: endotelial derived realising factor. Sembra essere prodotto dallendotelio in risposta ad uno stimolo di acetilcolina NO viene liberato soprattutto quando le cellule endoteliali sono sfregate. Le caveole delle cellule endoteliali hanno sensori di allungamento che inviano messaggi alla NO sintasi (shear stress liberazione di NO). NO capace di attraversare le cellule endoteliali, raggiungendo le cellule muscolari nelle quali lega la guanilato ciclasi solubile, comportando un incremento dei livelli intracellulari di cGMP, con conseguente riduzione di contrazione citoplasmatica di calcio e riduzione della contrazione (dilatazione) Anche la bradichinina un vasodilatatore. Agisce liberando NO? Se modifichiamo larginina, il substrato della NO sintasi (ad esempio tramite

metilazione) inibiamo lattivit di questo enzima. Ora, inserendo acetilcolina il vaso non si dilata (agisce mediante liberazione di NO), inserendo invece bradichinina il vaso si dilata, quindi non funziona attraverso la liberazione di NO, ma attraverso qualche altra sostanza prodotta dalla cellule endoteliali, lEDHF (fattore endoteliale iperpolarizzante) Se inseriscono un elettrodo nelle cellule muscolari lisce prima di iniettare bradichinina, noto che la vasodilatazione si accompagna ad iperpolarizzazione, questo il motivo per il quale lEDHF stato chiamato fattore iperpolarizzante In alcune cellule lEDHF stato identificato con il cAMP, che deriva dallattivit metabolica del citocromo P450 In drosophila presente TRP. TRP4 risponde ad acetilcolina e bradichinina e in alcuni distretti fa rilasciare il peptide natriuretico dellendotelio CNP, che attiva la guanilato ciclasi con conseguente iperpolarizzzione e vasodilatazione Nelluomo la vasodilatazione dipende anche dallazione delle prostaglandine. PgI2 (prostaciclina) la prostaglandina vasodilatatrice per eccellenza; PgE2 a volte funziona come vaso dilatante, altre come vasocostringente E importante tenere conto anche di sostanze circolanti, come adrenalina, noradrenalina, vasopressina (che causa vasocostrizione interagendo con recettori AT1) e angiotensina II (che causa vasocostrizione interagendo con i recettori AT1 e AT2) La pressione presenta variazioni circadiane, con un picco tra le 6 e le 12. La pressione non costante quindi e un aumento pressorio corrisponde ad un aumento della frequenza cardiaca. Di giorno prevale un tono adrenergico (sistema simpatico) mentre di notte prevale (soprattutto durante il sonno) il tono vagale Ci sono tre meccanismi che tendono a mantenere costante la pressione: Meccanismo rapido: un meccanismo nervoso. Barocettori (terminazioni libere nella parete di un vaso) percepiscono variazioni di pressione; sono presenti intorno allarco aortico e nel seno carotideo. Un aumento della pressione causa un aumento delle scariche recettoriali a livello bulbo-

pontino nelle zone vagali (nuclei del tratto solitario, dorsale del vago e ambiguo). Ne conseguono due azioni: una sul cuore e una periferica. Inoltre i nuclei rostro-ventro-laterali hanno neuroni simpatici che sono inibiti da scariche GABAergiche provenienti dai nuclei del vago. I nuclei rostro-ventro-laterali sono connessi alla colonna intermedio laterale del midollo spinale e sono neuroni simpatici pregangliari che causano costrizione di varie strutture del sistema vascolare Meccanismo intermedio: risposte renali. Un aumento pressorio oltre i 180 mmHg determina un aumento del filtrato glomerulare (aumento della diuresi) (Del terzo meccanismo colantuoni non ha mai parlato, ndr.)

Lezione 25/05/09 Prof. Colantuoni GH 191 amminoacidi, prodotto come pre-ormone con pi di 190 amminoacidi Produzione: 500 g 2 mg / die Emivita: 20 minuti Concentrazione plasmatica: 1-5 ng/ml Legato a due binding protein: da 61 kDa e 100 kDa. La BP da 61 kDa ha la stessa sequenza della porzione esterna del recettore per lormone Catabolismo nel fegato Codificato da due geni: hGH-N (normale) e hGH-V. hGH-N codifica per due varianti di GH, una da 22 kDa e 191 amminoacidi ed una da 20 kDa e 32-46

amminoacidi. Le due varianti si formano per splicing alternativo. Il gene hGH-V codifica per un GH sempre di 191 amminoacidi, 13 dei quali per sono differenti Esistono anche un pseudo gene (hCS) e due geni che funzionano durante la vita fetale codificanti le somatomammotro (hCS) e due geni che funzionano durante la vita fetale codificanti le somatomammotropine (hCS e hGS)

Lezione 26/05/09 Prof. Colantuoni GH/2 Lormone della crescita un ormone monometrico che nel siero si associa ad altri monomeri (bigGH e bigbigGH) Pu avere effetti sia diretti che indiretti; agisce su tutto lorganismo, di cui favorisce soprattutto la crescita lineare Fattore di (??): si pensava funzionasse con il GH. E una molecola indotta dal GH e per un certo tempo stato chiamato somatomedina; la somatomedina stata poi identificata e chiamata IGF-1 (insulin-like growth factor) che viene quindi considerato come il mediatore del GH Lormone della crescita stimola anche la sintesi proteica insieme a IFG-1 e allinsulina (che sono tra gli attivatori pi importanti)

Il nanismo ipofisario causato da mancanza di GH. E un nanismo armonico perch riguarda tutti gli organi IGF-1 costituito da 70 amminoacidi; ha unemivita di 3-5 ore; stimola una potente sintesi proteica e agisce come fattore fondamentale per aumentare la crescita (effetto combinato con GH per quanto riguarda queste funzioni)

IGFBPIII: binding protein che trasporta la maggior parte dellIGF-1. Esistono almeno 5 isoforme di IGFBPs Considerando il compartimento metabolico lipidico e glucidico, gli effetti del GH e dellIGF-1 sono contrapposti: GH causa effetti a breve termine, in particolare causa ipoglicemia, riduzione degli amminoacidi liberi e riduzione degli acidi grassi liberi. Dopo un paio dore gli amminoacidi restano bassi ma glucosio e acidi grassi aumentano. In conclusione si verificano: stimolazione della sintesi proteica (testimoniata dalla riduzione degli amminoacidi liberi), aumento della lipogenesi nel tessuto muscolare e nel tessuto adiposo (diminuzione degli acidi grassi liberi) nel periodo iniziale, aumento della captazione di glucosio (diminuzione della glicemia)

Linsulina agisce principalmente su tessuto adiposo, muscolare e fegato. Gli effetti della fase precoce del GH sembrano insulinici e sono mediati da IGF1. Dopo un certo poi gli effetti del GH diventano anti-insulinici, con aumento della lipolisi (quindi degli acidi grassi liberi) e inibizione dellassunzione del glucosio a livello del tessuto muscolare (aumento della glicemia)

Per quanto riguarda il fegato, in questorgano il GH aumenta la glicogeno sintesi e la gluconeogenesi. Il GH quindi lormone del digiuno: il glucosio viene risparmiato per le cellule nervose e vengono consumati acidi grassi

Lezione 28/05/09 Prof. Colantuoni GH/4 (by Giusy Esposito) Il ruolo principale del GH di consentire la crescita e lo sviluppo dellorganismo, facilita la proliferazione della cartilagine metafisaria della ossa lunghe e tramite la lipolisi permette di preservare il glucosio per le cellule nervose.

La stazione fondamentale per il controllo delle secrezioni ipofisarie lipotalamo: dal nucleo arcuato i neuroni si portano alleminenza mediana dellipofisi. Tali neuroni sono secernenti e liberano sostanze che influenzano lattivit dellipofisi.

A livello ipotalamico abbiamo un gruppo di neuroni che sintetizza il fattore rilasciante il GH (GHRH) ed un gruppo di neuroni secernenti la somatostatina che

agisce come inibitore della produzione di GHRH e di conseguenza del rilascio di GH. Questi due gruppi di cellule sono strettamente correlati tra loro.

Esistono cinque livelli di regolazione del rilascio di GH:

1. la prima regolazione sta nello stesso rilascio di GHRH e di somatostatina 2. il secondo livello detto regolazione ad ansa lunga ed a feedback negativo: in risposta al GH il fegato produce IGF-1 agisce a livello ipotalamico stimolando il rilascio della Somatostatina e inibendo il rilascio del GHRH determinando una riduzione della sintesi e della secrezione del GH dall'Ipofisi. 3. il terzo livello detto regolazione ad ansa lunga ed a feedback negativo: il GH stesso agisce sullipotalamo aumentando la produzione di somatostatina. 4. il quarto livello detto regolazione ad ansa ultracorta anchesso a feedback negativo: il GHRH agisce per via autocrina direttamente sulla cellula che lo produce inibendo una ulteriore produzione. 5. il quinto livello di regolazione associato ai ritmi circadiani e allet del soggetto. La secrezione di GH non costante ma varia a seconda dellorario, con una maggiore variabilit nei soggetti di et inferiore; allincirca verso mezzanotte raggiunge un picco che molto pi marcato nei bambini. La secrezione di GH infatti facilitata negli stati profondi del sonno probabilmente per una regolazione operata dal tratto sopraottico.