Il cuore come pompa

Le singole cellule miocardiche devono depolarizzarsi e contrarsi in modo coordinato per consentire al cuore di produrre una forza sufficiente per far circolare il sangue. La comunicazione elettrica nel cuore inizia con un potenziale d'azione generato da una cellula autoritmica. La depolarizzazione si propaga rapidamente alle cellule adiacenti attraverso le giunzioni comunicanti (gap junctions) presenti nei dischi intercalari. In dettaglio, la depolarizzazione inizia nel nodo senoatriale (nodo SA), un gruppo di cellule autoritmiche situato nell'atrio destro in prossimità dello sbocco della vena cava superiore e che rappresenta il principale pacemaker cardiaco. Una via internodale ramificata collega il nodo SA al nodo atrioventricolare (nodo AV), un gruppo di cellule autoritmiche poste in prossimità del pavimento dell'atrio destro. Dal nodo AV la depolarizzazione passa alle fibre del Purkinje del fascio atrioventricolare (fascio AV) (o fascio di His) situato sulla parete (setto) che separa i ventricoli. Queste fibre sono cellule di conduzione specializzate che trasmettono i segnali elettrici molto rapidamente, fino a 4 m/s. Dopo aver percorso un breve tratto nel setto, il fascio AV si divide in una branca destra e in una branca sinistra. Le fibre delle due branche raggiungono l'apice cardiaco dove si suddividono in fibre del Purkinje più piccole, che si diramano tra le cellule contrattili. In generale, quindi, il segnale elettrico che innesca la contrazione origina quando il nodo SA genera un potenziale d'azione e la depolarizzazione si propaga alle cellule adiacenti attraverso le giunzioni comunicanti. La conduzione elettrica è rapida attraverso la via di conduzione internodale, mente è più lenta attraverso le cellule contrattili dell'atrio. Questa contrazione dall'apice verso la base permette l'espulsione del sangue verso le vie valvolari arteriose poste alla base (in alto) del cuore. Una seconda funzione del nodo AV è di ritardare lievemente la trasmissione dei potenziali d'azione, permettendo agli atri di completare la loro contrazione prima che abbia inizio la contrazione ventricolare. Il ritardo del nodo AV è determinato da un rallentamento della conduzione attraverso le cellule nodali. A questo livello i potenziali d'azione si propagano a una velocità pari ad 1/20 rispetto a quella che si ha nella via internodale atriale. Comunque, sono le cellule pacemaker che determinano la frequenza cardiaca. Nel cuore, è il nodo SA che, inviando un segnale elettrico a tutte le altre cellule, le induce a seguire il proprio ritmo, quindi determina la frequenza. Se questo nodo viene danneggiato e non riesce a compiere normalmente la sua funzione, uno dei pacemaker più lenti prende il suo posto e il ritmo cardiaco si adegua al ritmo del nuovo pacemaker.

Alla fine del XIX secolo, i fisiologi scoprirono che potevano collocare degli elettrodi sulla superficie cutanea e registrare l'attività elettrica del cuore. Questa registrazione denominata elettrocardiogramma, o ECG, fornisce informazioni indirette sul funzionamento del cuore. L'ECG presenta due componenti principali: onde e segmenti. Le onde si presentano come deflessioni del tracciato al di sopra o al di sotto della linea di base. I segmenti sono i tratti di linea di base compresi tra due onde. Gli intervalli, invece, sono dati da combinazioni di onde e segmenti. In un ECG normale, si possono distinguere tre onde principali. La prima onda è l'onda P che corrisponde alla depolarizzazione degli atri. L'insieme delle tre onde successive, complesso QRS, rappresenta la progressione dell'onda di depolarizzazione nei ventricoli. L'ultima onda, onda T, rappresenta la ripolarizzazione dei ventricoli. La ripolarizzazione atriale non è rappresentata da alcuna onda specifica, ma è inclusa nel complesso QRS. Gli eventi meccanici del ciclo cardiaco iniziano con lieve ritardo rispetto ai segnali elettrici, proprio come la contrazione di una singola cellula muscolare cardiaca segue il suo potenziale d'azione. La contrazione atriale inizia nell'ultima fase dell'onda P e continua durante il segmento PR. Invece, la contrazione ventricolare inizia subito dopo l'onda Q e continua fino all'onda T. Bisogna, però, tener presente che dall'osservazione dell'andamento rispetto alla linea di base, non è possibile stabilire se una deflessione (onda)nel tracciato ECG rappresenti una depolarizzazione o una ripolarizzazione. Per esempio, l'onda P rappresenta la depolarizzazione atriale e l'onda T corrisponde alla ripolarizzazione ventricolare, ma entrambe sono deflessioni al di sopra della linea di base. Comunque, per interpretare al meglio un elettrocardiogramma, dobbiamo sapere che la frequenza cardiaca viene misurata contando il numero dei battiti nell'unità di tempo. Un battito viene definito partendo dall'inizio di un'onda P fino all'inizio dell'onda P successiva, oppure tra i picchi R di due complessi QRS successivi (di solito varia da 60 a 100 battiti al minuto). Un'accelerazione della frequenza è detta tachicardia, un rallentamento invece brachicardia. Inoltre, il ritmo del battito può essere irregolare nel caso delle aritmie, in cui il nodo SA ha perso la sua funzione di pacemaker. In generale tutte queste patologie è possibile osservare nel ECG.