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ELETTROFISIOLOGIA

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ELETTROCARDIOGRAMMA


L’ECG è la registrazione dell’attività elettrica del cuore.
Il traccioato ECG  non misura direttamente la funzionalità meccanica del cuore ovvero la funzionalità della contrazione e la sua performance, così come non consente di rilevare direttamente anormalità nella struttura cardiaca (valvolare o ventricolare), ma i cambiamenti elettrici generati dagli eventuali difetti strutturali.
E’ inoltre necessario ricordare che:
non registra tutta l’attività elettrica del cuore. Gli elettrodi piazzati sulla superficie del corpo registrano solo le correnti trasmesse nella loro area, vi sono quindi aree elettriche del cuore che restano nascoste o “silenti”.
registra la somma di potenziali elettrici prodotti da moltissime cellule muscolari cardiache. La presenza di EGC normale non implica che il funzionamento di tutte le cellule sia normale.

Al di là di queste limitazioni l’ECG è estremamente utile per supportare la diagnosi di specifiche condizioni cardiache e può aiutare nella valutazione e nella gestione di molte patologie.
L’apparecchio che consente l’esecuzione di un elettrocardiogramma è costituito essenzialmente da un galvanometro.
Questo strumento è in grado di evidenziare l’eventuale esistenza di differenza di potenziale tra due punti a cui siano collegati gli elettrodi dell’elettrocardiografo; vista la ridotta inerzia del galvanometro è possibile registrare fedelmente le variazioni della differenza di potenziale in funzione del tempo.
Il tracciato elettrocardiografico viene registrato in vario modo (oscilloscopio, carta termosensibile, carta comune con pennino ad inchiostro). Convenzionalmente l’apparecchio è regolato in modo che differenze di potenziale pari a 1 mV corrispondano a deflessioni del pennino del galvanometro di 10 mm.; un secondo di registrazione corrisponde a 2,5 cm di scorrimento sulla carta.
Sono disponibili da qualche anno elettrocardiografi computerizzati che sono in grado di fornire una interpretazione diagnostica piuttosto precisa del tracciato elettrocardiografico . E’ ovvio che si rende comunque sempre necessaria una ulteriore conferma da parte di personale medico esperto in elettrocardiografia.

La costruzione della macchina elettrocardiografica risale ai primi del Novecento ad opera di W.  Einthoven.
Proseguendo gli studi sull'elettricità animale e sul "potenziale di lesione", cominciati da Matteucci (1814), Du Bois Reymond (1841) ed Heimholtz (1850) Einthoven costruì il primo elettrocardiografo a tre derivazioni.  
Il principio che ha condotto all’elettrocardiografia è che ogni cellula muscolare cardiaca, in conseguenza permeabilità ionica della membrana cellulare miocardica e dalla differenza di potenziale tra l’ambiente intra ed extra cellulare, è stimolata a contrarsi da un processo elettrico denominato potenziale di azione.


Il tracciato ECG registra:
la depolarizzazione , ovvero la diffusione dello stimolo attraverso il muscolo cardiaco che produce l’onda P dagli atri  e il complesso QRS dai ventricoli
la ripolarizzazione , ovvero il ritorno del muscolo stimolato allo stato di riposo, che   dagli atri produce il segmento ST e le onde T (normalmente non visibili all’ECG) e dai ventricoli
il segmento ST, le onde T e le onde U.

ELETTROFISIOLOGIA


POTENZIALE D’AZIONE DEL MIOCARDIO COMUNE
In condizioni di riposo ciascuna cellula muscolare è caricata o polarizzata.
L’ambiente esterno rispetto alla cellula muscolare è caricato positivamente, mentre l’ambiente intracellualre presenta una carica negativa, il potenziale di azione è direttamente correlato alla differenza di carica esistente tra questi due ambienti (intra ed extra cellulare).
I cationi rappresentano particele (ioni) caricati positivamente che intervengono nella generazione del potenziale di azione. In condizioni di riposo nell’ambiente extracellulare predominano cationi sodio (Na) e calcio (Ca). Questi cationi non possono entrare all’interno delle cellule in condizioni di riposo. All’interno della cellula predomina il catione potassio (K). A riposo il potassio fluisce lentamente nell’ambiente extracellulare. Questa perdita lenta di ioni potassio nell’ambiente extracellulare determina la negatività (-) dell’ambiente intracellulare rispetto a quello extracellulare (+).
Questo movimento di ioni mentre la cellula muscolare è in condizioni di riposo viene denominato fase 4 del potenziale di azione .
Durante la fase 4 il potassio fluisce lentamente nell’ambiente extracellulare, provocando la negatività dell’ambente intracellulare rispetto a quello extracellulare.
Quando una cellula muscolare in condizioni di riposo viene stimolata (attivata) , l’interno della cellula diviene improvvisamente positivo (+) mentre l’esterno negativo (-). Questa variazione , fase 0, del potenziale di azione viene causata da una rapida entrata all’interno delle cellula del catione sodio . Il sodio entra all’interno della cellula attraverso vie chiamate canali rapidi. Durante la fase O del potenziale di azione si aprono anche un’altra serie di vie o porte denominate canali lenti, attraverso le quali i cationi calcio entrano lentamente all’interno della cellula.
Il flusso di sodio e calcio all’interno della cellula provoca l’inversione di cariche tra ambiente intracellulare (+) e quello extracellulare (-).
Ogni battito cardiaco (contrazione meccanica) è preceduto da un impulso elettrico. Ogni cellula muscolare cardiaca viene stimolata a contrarsi attraverso un processo elettrico denominato potenziale di azione.
Indipendentemente dalla fisiologia o patologia del tracciato registrato l’ECG raccoglie il segno di due eventi fondamentali che costituiscono il potenziale di azione:
• la depolarizzazione ovvero la diffusione di uno stimolo elettrico attraverso le cellule cardiache
• la ripolarizzazione ovvero il ritorno delle cellule allo stato di riposo.
Le cellule del cuore sono divisibili in due categorie in base alle diverse modalità di condurre il processo di depolarizzazione:
• cellule del miocardio comune - cellule rapide: definite così perché la loro depolarizzazione dipende dall’entrata nella cellula del sodio attraverso canali rapidi.
• cellule segnapassi - cellule lente: definite così perchè la loro depolarizzazione dipende dall’entrata nella cellula di calcio attraverso canali lenti.
Il potenziale di azione è composto da 5 fasi (0,1,2,3,4).
La comprensione di tale processo è determinante per una corretta valutazione della generazione delle onde ECG, ed è un valido aiuto per la comprensione di come i farmaci (antiaritmici), gli squilibri elettrolitici (ipo o ipertalassemia) ed altre condizioni possono influenzare alcune componenti dell’ ECG.
La maggior parte dei farmaci antiaritmici alterano alcune fasi del potenziale di azione. Tali farmaci possono ad esempio rallentare o ritardare i normali processi di depolarizzazione e di ripolarizzazione per la prevenzione o il trattamento delle aritmie.

Potenziale d’azione delle cellule segnapassi
Le cellule segnapassi, localizzate prevalentemente a livello del nodo SA , ma presenti anche in altre sedi, promuovono l’impulso elettrico che attiva le cellule muscolari.
Le cellule segnapassi vengono denominate cellule automatiche, poichè sono in grado di promuovere l’impulso in maniera spontanea.
I processi di depolarizzazione e ripolarizzazione (potenziale di azione) risultano essere differenti nelle cellule segnapassi rispetto alle cellule muscolari.
Nella cellula segnapassi in condizioni di riposo ( fase 4 del potenziale di azione) è ancora presente un flusso lento di potassio in direzione extracellulare . Contemporaneamente si verifica una graduale entrata di sodio all’interno delle cellula, fenomeno che non è presente nella cellula muscolare.
Con l’entrata di sodio nella cellula durante la fase 4 viene raggiunta una soglia di voltaggio critica alla quale si verifica un inizio spontaneo della fase 0 del potenziale di azione (depolarizzazione).
La depolarizzazione della cellula segnapassi è causata da un flusso di calcio all’interno della cellula attraverso canali lenti. Diversamente da quanto si verifica per le cellule muscolari , nelle cellule segnapassi non si attua l’entrata di sodio attraverso i canali rapidi. Il processo di ripolarizzazione (fasi 1,2,3) delle cellule segnapassi è simile a quello  osservato per le cellule miocardio normali.

La differenza di potenziale transmembrana della cellula miocardica è dovuto alle caratteristiche di permeabilità della membrana stessa agli ioni che determina un gradiente ionico transmembrana.
La membrana cellulare miocardica (sarcolemma) è costituita da un doppio strato di molecole fosfolipidiche. Lo strato più esterno presenta la parte polarizzata (e idrofilica) della molecola orientata verso l’esterno, in contatto con il fluido extracellulare. Lo strato più interno orienta queste componenti verso l’interno della cellula, in contatto con il fluido intracellulare. In questo modo entrambi gli strati orientano le parti non polarizzate ( e idrofobiche) delle molecole verso la parte centrale della membrana.
La componente idrofobica dei fosfolipidi del sarcolemma costituisce una barriera ad alta resistenza intorno alla cellula. Questo involucro mostra delle proprietà di permeabilità ionica differenziale. Gli elementi fosfolipoproteici del sarcolemma agiscono come porte o canali attraverso i quali si realizzano trasferimenti ionici. I canali risentono dell’attività dei campi elettrici adiacenti e modificano la loro attività nel tempo configurando una apertura e una chiusura ciclica di canali ionici selettivi.

POTENZIALE D’AZIONE TRANSMEMBRANA
Tutte le cellule cardiache in condizioni di riposo sono polarizzate. Questo significa che la parte intracellulare ha una carica negativa rispetto all’ambiente extracellulare. La differenza di potenziale trans-membrana della cellula miocardica a riposo misurato in questo modo risulta nell’ordine di  - 90 mV. Questo potenziale è qualche centinaio di volte maggiore di quello registrato alla superficie del corpo come ECG.
Il potenziale di membrana a riposo nasce dalla distribuzione asimmetrica degli ioni ai due versanti della membrana cellulare , combinata con la diversa permeabilità della membrana a determinati ioni. La permeabilità differenziale e le diverse concentrazioni ioniche sono
entrambi rilevanti, in maniera indipendente , a determinare il potenziale di membrana.
Quando la membrana è a riposo la differenza di potenziale è effettivamente determinata dal rapporto delle concentrazioni intra ed extracellulari del potassio e rimane ad un livello costante di circa - 90 mV.
Questo potenziale di membrana a riposo viene sconvolto quando la cellula viene stimolata in maniera sufficiente ad indurre la depolarizzazione.
Quando uno stimolo è applicato ad una cellula con un normale potenziale di azione di riposo, sarà possibile far scaturire un potenziale di azione solo se lo stimolo è di intensità sufficiente a far crescere il potenziale di membrana fino ad un livello critico detto potenziale di soglia (-60 mV). Quando questo livello è raggiunto si ottiene invariabilmente il potenziale di azione.
Durante la depolarizazione l’interno della cellula diviene transitoriamente positivo rispetto all’esterno. Questa depolarizzazione indotta è invariabilmente seguita da un processo spontaneo di ripolarizzazione; un cambio di stato lento e complesso attraverso il quale si ripristina lo status-quo del potenziale a riposo. L’intero processo di depolarizzazione-ripolarizzazione si chiama potenziale di azione.
Se il potenziale di azione viene indotto in un certo punto della membrana cellulare, si diffonde invariabilmente a tutte le altre parti della membrana di quella cellula ed anche alle membrane delle cellule che si trovano in continuità elettrica con la prima.

IL FRONTE DI ECCITAZIONE
L’attivazione elettrica consiste nel processo di depolarizzazione e di diffusione della depolarizzazione della membrana cellulare miocardica.
Le cellule miocardiche sane ed a riposo sono polarizzate. Ciò significa che la membrana cellulare ha accumulato cariche elettriche positive all’esterno e negative, in ugual numero, all’interno della cellula. Questo stato di cose perdura fino a quando una interferenza esterna (naturale o artificiale) provoca la depolarizzazione, che non solo abolisce la distribuzione normale delle cariche elettriche sui due versanti della membrana cellulare, ma implica una inversione della distribuzione normale.
Nelle cellule miocardiche la depolarizzazione non avviene spontaneamente, deve essere provocata. Quando però la depolarizzazione è stata iniziata in una qualunque area della membrana  di una cellula miocardica, si diffonderà autonomamente a tutta la membrana della cellula e da qui a tutte le cellule che con la prima sono in contatto elettrico.
La depolarizzazione si propaga autonomamente perché ai confini di una zona depolarizzata e una zona polarizzata si realizzano condizioni simili a quelle di una batteria con cariche positive adiacenti a cariche negative con la produzione di piccoli flussi elettrici locali che inducono la depolarizzazione delle zone contigue. Il processo si ripete fino alla completa depolarizzazione della membrana cellulare. In tal modo la depolarizzazione si diffonde come una onda lungo le membrane delle cellule miocardiche .
Questa onda ha una direzione - che dipende dal luogo di origine della depolarizzazione e dalla distribuzione anatomica del miocardio disponibile alla depolarizzazione rispetto al punto di origine, ed ha una grandezza che dipende dalla massa miocardica depolarizzabile.
Ogni battito cardiaco (contrazione meccanica) è preceduto da un impulso elettrico.
Ogni cellula muscolare cardiaca viene stimolata a contrarsi attraverso un processo elettrico denominato potenziale di azione.
Indipendentemente dalla fisiologia o patologia del tracciato registrato l’ECG raccoglie il segno di due eventi fondamentali che costituiscono il potenziale di azione:
• la depolarizzazione ovvero la diffusione di uno stimolo elettrico attraverso le cellule cardiache
• la ripolarizzazione ovvero il ritorno delle cellule allo stato di riposo.
Le cellule del cuore sono divisibili in due categorie in base alle diverse modalità di condurre il processo di depolarizzazione:
• cellule del miocardio comune - cellule rapide: definite così perche la loro depolarizzazione dipende dall’entrata nella cellula del sodio attraverso canali rapidi
• cellule segnapassi - cellule lente: definite così perchè la loro depolarizzazione dipende dall’entrata nella cellula di calcio attraverso canali lenti.
Il potenziale di azione è composto da 5 fasi (0,1,2,3,4).
La comprensione di tale processo è determinante per una corretta valutazione della generazione delle onde ECG, ed è un valido aiuto per la comprensione di come i farmaci (antiaritmici), gli squilibri elettrolitici (ipo o ipertalassemia) ed altre condizioni possono influenzare alcune componenti dell’ ECG. La maggior parte dei farmaci antiaritmici alterano alcune fasi del potenziale di azione. Tali farmaci possono ad esempio rallentare o ritardare i normali processi di depolarizzazione e di ripolarizzazione per la prevenzione o il trattamento delle aritmie.

IL POTENZIALE DI AZIONE DELLE CELLULE
In condizioni di riposo ciascuna cellula muscolare è caricata o polarizzata.
L’ambiente esterno rispetto alla cellula muscolare è caricato positivamente, mentre l’ambiente intracellualre presenta una carica negativa, il potenziale di azione è direttamente correlato alla differenza di carica esistente tra questi due ambienti (intra ed extra cellulare).
I cationi rappresentano particele (ioni) caricati positivamente che intervengono nella generazione del potenziale di azione. In condizioni di riposo nell’ambiente extracellulare predominano cationi sodio (Na) e calcio (Ca). Questi cationi non possono entrare all’interno delle cellule in condizioni di riposo. All’interno della cellula predomina il catione potassio (K). A riposo il potassio fluisce lentamente nell’ambiente extracellulare. Questa perdita lenta di ioni potassio nell’ambiente extracellulare determina la negatività (-) dell’ambiente intracellulare rispetto a quello extracellulare (+).
Questo movimento di ioni mentre la cellula muscolare è in condizioni di riposo viene denominato fase 4 del potenziale di azione . Durante la fase 4 il potassio fluisce lentamente nell’ambiente extracellulare, provocando la negatività dell’ambente intracellulare rispetto a quello extracellulare.
Quando una cellula muscolare in condizioni di riposo viene stimolata ( attivata) , l’interno della cellula diviene improvvisamente positivo (+) mentre l’esterno negativo (-). Questa variazione , fase 0 , del potenziale di azione viene causata da una rapida entrata all’interno delle cellula del catione sodio . Il sodio entra all’interno della cellula
attraverso vie chiamate canali rapidi. Durante la fase O del potenziale di azione si aprono anche un’altra serie di vie o porte denominate canali lenti, attraverso le quali i cationi calcio entrano lentamente all’interno della cellula.
Il flusso di sodio e calcio all’interno della cellula provoca l’inversione di cariche tra ambiente intracellulare (+) e quello extracellulare (-).
¬l’ambiente extracellulare positivo diviene negativo

Quando lo stimolo elettrico attraversa la cellula viene a crearsi una coppia di cariche in movimento denominate dipolo.
Tale dipolo è rappresentato da una carica positiva (+) seguita da una  negativa (-).
L’onda di attivazione viene condotta dalla carica positiva (+) del dipolo di depolarizzazione.
Quando un elettrodo viene posto nelle vicinanze della cellula, il dipolo di depolarizzazione può essere registrato sotto forma di onda o di deflessione.

L'ESPLORAZIONE DI DEPOLARIZZAZIONE E RIPOLARIZZAZIONE CON ELETTRODI
Per convenzione una deflessione verso l’altro rappresenta il movimento della carica positiva (+) verso l’elettrodo.
Una deflessione verso il basso rappresenta l’allontanamento della carica dall’elettrodo. La deflessione verso l’alto o verso il basso di un ‘onda si verifica a seconda di quale parte del
dipolo si affacci verso l’elettrodo (la parte negativa o positiva) e della direzione del movimento del dipolo di depolarizzazione.
A partire dalle precedenti considerazioni è possibile definire tre leggi fondamentali dell’elettrocardiografia:
1. Si registra una deflessione verso l’alto o positiva quando il dipolo di depolarizzazione si muove verso l’elettrodo. In tale condizione è il capo positivo del dipolo che si muove verso l’elettrodo.
2. Si registra una deflessione verso il basso o negativa quando il dipolo di depolarizzazione si allontana dall’elettrodo. In tale condizione l’elettrodo vede la coda negativa del dipolo che si sta allontanando.
3. Se la depolarizzazione è diretta ad angolo retto rispetto all’elettrodo o alla derivazione si vedrà una piccola deflessione bifasica.
Durante la fase di ripolarizzazione (ricarica) della cellula muscolare, l’ambiente extracellulare da negativo ridiviene positivo. Quando tale processo elettrico attraversa la cellula viene a crearsi una coppia di cariche opposte denominate dipolo di ripolarizzazione.
Tale dipolo (opposto a quello di depolarizzazione) consiste in una scarica negativa (-) seguita da una positiva (+). L’onda di ripolarizzazione viene condotta dalla carica negativa (-) del dipolo di ripolarizzazione.
Quando il dipolo di ripolarizzazione si muove verso l’elettrodo viene registrata una deflessione verso il basso (negativa). Tale fenomeno si verifica in quanto il capo negativo del dipolo si muove verso l’elettrodo.
Quando il dipolo di ripolarizzazione supera l’elettrodo viene registrata una deflessione verso l’altro o positiva per l’allontanamento della coda negativa del dipolo.


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