Il cuore, organo centrale dell’apparato circolatorio, provvede con la sua meccanica a sostenere la circolazione del sangue nelle arterie, nelle vene e nelle reti capillari.
La struttura di questo complesso organo prevede quattro camere muscolari, due ventricoli e due atri, che assolvono alla funzione di pompaggio del sangue assicurando la perfusione sanguigna nella circolazione polmonare ed in quella sistemica.
Il cuore è situato precisamente nel mediastino medio, al di sopra del diaframma e posteriormente allo sterno, il suo peso varia in base alle caratteristiche fisiche di ogni soggetto e può oscillare tra i 250 grammi ed i 300 grammi.
Il muscolo cardiaco è costituito essenzialmente da due metà, separate tra loro da un setto interatriale in corrispondenza degli atri ed un setto interventricolare in corrispondenza dei ventricoli, le quali, tipicamente, vengono denominate cuore di destra e cuore di sinistra.
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Il cuore mostra una faccia anteriore o sterno costale, una faccia diaframmatica, una base rivolta verso l’alto, un margine destro, un margine sinistro ed una punta denominata apice. L’apice del cuore è costituito quasi interamente dall’apice del ventricolo sinistro che sporge più in basso rispetto a quello di destra. Su di esso si congiungono i due solchi interventricolari, quello che proviene dalla faccia anteriore dei ventricoli e quello che discende dalla faccia posteriore. In tal modo si costituisce l’incisura dell’apice, talvolta così profonda da far apparire bifido l’apice del cuore.
Dal punto di vista strutturale, la parete del cuore è formata da tre strati:
L’endocardio è il rivestimento più interno che fodera le camere cardiache e le valvole. Il miocardio è il tessuto muscolare mentre l’epicardio è il foglietto viscerale del pericardio; tappezza la superficie del cuore e in parte dei grossi vasi.
Il pericardio: sacco fibroso e sieroso che fornisce protezione e impedisce la sovradistensione del cuore. È formato da due foglietti: quello viscerale (epicardio) e quello parietale. Tra i due foglietti è compresa la cavità pericardica che contiene una piccola quantità di liquido pericardico. Il liquido pericardico lubrifica la superficie del muscolo cardiaco affinché non si crei attrito durante la contrazione con il pericardio.
La funzione più importante che il cuore assolve è quella di garantire la massima portata di sangue a tutti i distretti corporei, e questo dipende fortemente dalle modalità di esecuzione del ciclo cardiaco costituito da una fase di rilassamento e contrazione.
Il pompaggio cardiaco è un meccanismo molto delicato e complesso che non si esaurisce con il semplice rilassamento e successiva contrazione del muscolo.
Il movimento complessivo del miocardio durante la fase di diastole e la fase di sistole, riflette l’orientazione delle fibre del miocardio stesso. Sono presenti, infatti, movimenti di tipo longitudinale, circonferenziale e radiale oltre ad un movimento torsionale che ricopre un ruolo fondamentale nonostante sia poco conosciuto.
Il cosiddetto movimento longitudinale dei ventricoli è dovuto al movimento dell’anulus della valvola mitrale che si presenta in continuo allontanamento ed avvicinamento verso l’apice. Questo movimento, si reputa essere causato principalmente dalla contrazione delle fibre longitudinali nel sub endocardio e nel sub epicardio.
La deformazione circonferenziale è causata dall’accorciamento delle fibre circonferenziali presenti nel midwall. Infine uno dei tanti movimenti che descrivono la cinematica cardiaca è il movimento radiale che riflette l’ispessimento della parete miocardica, conseguente all’accorciamento delle fibre circonferenziali e longitudinali.
Questi tre movimenti, insieme ai classici movimenti di contrazione e dilatazione delle camere cardiache contribuiscono a generare il moto complessivo che caratterizza il cuore.
Oltre a questi movimenti è presente anche un moto torsionale la cui misurazione e analisi è divenuta uno degli argomenti di maggiore interesse negli ultimi anni nell'ambito dello studio della cinematica cardiaca.
La struttura anatomica delle fibre cardiache che costituiscono le pareti del ventricolo sinistro è la causa principale della modalità con cui il cuore si contrae e si distende durante la fase sistolica e diastolica rispettivamente.
Le principale molecole coinvolte nel meccanismo di contrazione-rilassamento son le due principali proteine contrattili tipiche delle fibre muscolari: il sottile filamento di actina e lo spesso filamento di miosina. Durante la contrazione aumenta la concentrazione di calcio e i filamenti iniziano a scorrere gli uni sugli altri generando un accorciamento del muscolo.
Durante la fase di rilassamento i filamenti scivolano nuovamente ritornando nella loro posizione originaria, decretando una diminuzione della concentrazione di calcio dovuta all’interazione con il complesso della troponina, che inibisce l’accoppiamento di actina e miosina.
L’indice più utilizzato per calcolare l’efficienza funzionale del ventricolo sinistro è la frazione di eiezione (EF).
La frazione di eiezione è la quantità di sangue che il cuore espelle dal ventricolo sinistro ad ogni battito cardiaco rispetto al volume tele diastolico, ossia il volume sanguigno presente nel ventricolo al termine della fase di diastole.
Nei soggetti sani la EF è ≥55%, ovvero in questi soggetti almeno il 55% del sangue che riempie il ventricolo sinistro viene pompato nel corpo ad ogni contrazione. L’orientazione delle fibre miocardiche è fondamentale per mantenere un valore di EF >50%.
Alcuni studi hanno, infatti, dimostrato che per garantire un’adeguata eiezione di sangue l’orientazione delle fibre più efficace è di tipo elicoidale (o a spirale). In particolare i movimenti di torsione delle fibre elicoidali contribuiscono a garantire un’eiezione ottimale, insieme ai movimenti di accorciamento delle fibre longitudinali o di allargamento in direzione circonferenziale.
Il risultato di questo complesso meccanismo basato sull'insieme di questi movimenti è stato oggetto, oltre 400 anni fa, di un celebre paragone, nel quale Lower paragonò il movimento complessivo del cuore durante l’eiezione ad un panno di lino che viene strizzato.
La configurazione spaziale unica, garantisce prestazioni elevate al ventricolo grazie proprio ad un meccanismo di torsione delle fibre.
Analizzando microscopicamente la parete cardiaca si possono distinguere tre strati anatomici:
Le fibre cardiache all’interno di questi strati hanno orientazioni differenti.
Numerosi studi sono stati condotti sull’andamento spaziale delle fibre cardiache in cui si riporta come, nell’endocardio e nell’epicardio, le fibre abbiano un andamento longitudinale parallelo all’asse lungo del ventricolo mentre all’interno del miocardio le fibre si comportino in maniera differente.
A livello subepicardico si risconta un’orientazione ad elica sinistrorsa, spostandosi verso l’interno del miocardio le fibre dapprima si dispongono in maniera circonferenziale e successivamente, a livello subendocardico, presentano orientazione ad elica destrorsa.
Questa disposizione elicoidale delle fibre contrattili miocardiche fa comprendere come il movimento di contrazione e distensione del cuore non sia semplicemente un accorciamento dei diametri delle camere cardiache, ma sia associato ad un moto torsionale, con una conseguente rotazione relativa delle varie porzioni del ventricolo, ad ogni ciclo cardiaco.
L’orientamento spaziale di tipo elicoidale dei segmenti ascendenti e discendenti che si avvolgono intorno all’apice del LV, contribuisce a generare una rotazione in senso antiorario dell’apice del ventricolo sinistro durante la fase di sistole. Cosi, durante la contrazione ventricolare, la torsione del ventricolo sinistro è generata da due opposte rotazioni una di tipo basale ed una di tipo apicale.
Questa doppia e opposta rotazione porta allo strizzamento del LV o meglio ad una deformazione torsionale durante la sistole, e questo tipo di azione si pensa possa essere fondamentale per generare la potenza di pompaggio necessaria a garantire la massima gittata cardiaca.
A questi movimenti e considerazioni vanno affiancate delle delucidazioni sul ruolo del movimento torsionale del nostro cuore, ruolo fondamentale che lascerò in sospeso in questa sede per poter dedicare un articolo ad hoc nei prossimi giorni in modo da approfondire nella giusta maniera il fenomeno.
Di seguito alcune Fonti:
Hoit B.D., “Left ventricular diastolic function”, 2007Jae-Kwan Song, “How Does the Left Ventricle Work? Ventricular Rotation as a New Index of Cardiac Performance”, 2009 Torrent-Guasp F., Ballester M., Buckberg G.D., et al. “Spatial orientation of the ventricular muscle band: physiologic contributionand surgical implications”, 2001. Streeter D.D., Hanna W.T., “ Engineering mechanics for successive states in canine left ventricular myocardium: II. Fiber angle and sarcomere length”, 1973