Syllabus del corso
Obiettivi
l modulo di** Fisiologia cardiaca e cardiocircolatoria** si propone di fornire allo studente le conoscenze fondamentali sui meccanismi cellulari, d’organo e sistemici che regolano la funzione del cuore e dell’apparato circolatorio. Il percorso formativo parte dalla fisiologia cellulare del cardiomiocita, con particolare attenzione all’eccitabilità elettrica, all’automatismo cardiaco e all’accoppiamento eccitazione-contrazione, per arrivare alla comprensione della funzione meccanica del cuore come pompa. Al termine del modulo, lo studente dovrà conoscere i principali meccanismi di regolazione intrinseca ed estrinseca dell’attività cardiaca, il ciclo cardiaco, la gittata cardiaca, il lavoro e l’energetica del cuore, nonché i principi biofisici che regolano il flusso ematico nei diversi distretti vascolari. Lo studente dovrà inoltre comprendere l’integrazione funzionale tra cuore, vasi e sangue nel mantenimento della pressione arteriosa, della perfusione tissutale e dell’omeostasi cardiovascolare.
Contenuti sintetici
Il modulo affronta la fisiologia del cardiomiocita, le caratteristiche strutturali e funzionali del miocardio, l’automatismo cardiaco, la generazione e la propagazione dell’attività elettrica cardiaca e l’accoppiamento eccitazione-contrazione. Verranno trattati il controllo nervoso dell’attività cardiaca, la regolazione della frequenza cardiaca, la meccanica della pompa cardiaca, il ciclo cardiaco, la gittata cardiaca, la legge di Frank-Starling, la misura della gittata cardiaca e il principio di Fick.
Il modulo comprende inoltre lo studio dell’apparato circolatorio, con riferimento alla reologia del sangue, ai principi biofisici della circolazione, alle proprietà meccaniche dei vasi, alla pressione arteriosa e al suo controllo. Saranno analizzati il circolo sistemico e polmonare, il sistema venoso e le principali circolazioni distrettuali, tra cui circolazione coronarica, splancnica, polmonare e renale.
Programma esteso
Il modulo introduce la fisiologia cellulare del cardiomiocita, con riferimento alle proprietà elettriche e meccaniche delle cellule cardiache. Saranno descritte le caratteristiche dei cardiomiociti contrattili e delle cellule del sistema di conduzione, i principali canali ionici coinvolti nella generazione del potenziale d’azione cardiaco e le basi ioniche dell’eccitabilità miocardica. Verranno analizzati il potenziale d’azione delle cellule miocardiche contrattili e delle cellule pacemaker, l’automatismo cardiaco e i meccanismi che regolano la frequenza cardiaca.
Una parte del modulo sarà dedicata ai processi di eccitazione ritmica e all’accoppiamento eccitazione-contrazione nel miocardio. Saranno trattati il ruolo del calcio intracellulare, il rilascio di calcio dal reticolo sarcoplasmatico, l’interazione actina-miosina e i meccanismi che consentono la traduzione del segnale elettrico in attività contrattile. Verranno inoltre evidenziate le peculiarità funzionali del muscolo cardiaco rispetto al muscolo scheletrico e al muscolo liscio.
Il modulo proseguirà con lo studio delle caratteristiche strutturali e funzionali del miocardio e dell’organizzazione del cuore come organo. Saranno descritti il sistema di conduzione cardiaco, la propagazione dell’impulso elettrico, il coordinamento dell’attività atriale e ventricolare e il controllo nervoso dell’attività cardiaca da parte del sistema nervoso autonomo. Verranno analizzati i meccanismi di regolazione intrinseca ed estrinseca della funzione cardiaca, inclusi gli effetti del sistema simpatico e parasimpatico su frequenza cardiaca, conduzione, contrattilità e rilasciamento.
Sarà quindi affrontata la meccanica della pompa cardiaca. Verranno descritti il ciclo cardiaco, le fasi di sistole e diastole, le variazioni di pressione e volume nelle camere cardiache, la funzione delle valvole cardiache e l’origine dei toni cardiaci. Saranno inoltre trattati il lavoro del cuore, l’energetica cardiaca e la relazione tra attività meccanica, consumo di ossigeno e metabolismo miocardico.
Una parte specifica sarà dedicata alla gittata cardiaca e alla sua regolazione. Verranno definiti gittata sistolica e gittata cardiaca e saranno analizzati i principali determinanti della funzione di pompa, tra cui precarico, postcarico, contrattilità e frequenza cardiaca. Sarà approfondita l’autoregolazione della gittata cardiaca secondo la legge di Frank-Starling. Verranno inoltre descritti i principali metodi di misura della gittata cardiaca e la relazione tra consumo di ossigeno e gittata cardiaca secondo il principio di Fick.
La seconda parte del modulo sarà dedicata all’apparato circolatorio. Saranno introdotte le proprietà del sangue e la sua reologia, con riferimento ai fattori che influenzano la viscosità e il flusso ematico. Verranno trattati i principali principi biofisici della circolazione, inclusi il principio di Bernoulli, la legge di Poiseuille e la legge di Laplace, applicati alla comprensione del rapporto tra pressione, flusso, resistenza, raggio vascolare e tensione di parete.
Saranno quindi analizzate le proprietà meccaniche dei diversi segmenti vascolari: arterie, arteriole, capillari e vene. Verranno descritti i concetti di distensibilità e compliance vascolare, la funzione delle arterie elastiche, il ruolo delle arteriole nella regolazione delle resistenze periferiche, gli scambi capillari e la funzione del sistema venoso come serbatoio di volume. Saranno inoltre trattate la velocità del sangue nei diversi distretti vascolari e la distribuzione del flusso nel circolo sistemico.
Il modulo approfondirà infine la pressione arteriosa e i meccanismi del suo controllo. Saranno analizzati i principali determinanti della pressione arteriosa, il ruolo della gittata cardiaca e delle resistenze periferiche, e i meccanismi di regolazione a breve e lungo termine. Verranno inoltre descritte le caratteristiche funzionali del circolo sistemico e polmonare, del sistema venoso e delle principali circolazioni distrettuali, con particolare riferimento alla circolazione coronarica, splancnica, polmonare e renale.
Prerequisiti
Le propedeuticità da rispettare per sostenere l’esame di Fisiologia umana sono quelle indicate dal Regolamento Didattico di medicina e Chirurgia A.A. 2026/2027
Modalità didattica
Le lezioni da 2 ore ciascuna si svolgeranno in presenza, a meno di emergenze. Inizieranno con una prima parte in cui verranno esposti i concetti (modalità erogativa) per poi aprirsi ad un'interazione con gli studenti che definisce la parte successiva della lezione in modalità interattiva.
I metodi di insegnamento includeranno lezioni frontali, video e discussioni in classe.
Le attività didattiche potranno prevedere, fino a un massimo del 30% delle ore di lezione, l’utilizzo di modalità didattiche innovative, inclusa l’erogazione sotto la supervisione del docente, la copresenza di docenti e/o la didattica da remoto, secondo quanto previsto dal Decreto Ministeriale n. 1835 del 6 dicembre 2024.
Materiale didattico
CONTI, Fisiologia Medica, EDIERMES
GUYTON & J.E. HALL, Fisiologia medica, Piccin
GRASSI, NEGRINI, PORRO Fisiologia Medica, POLETTO EDITORE
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo anno, Primo Semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Per la modalità di verifica del profitto si rimanda al Syllabus generale dell'insegnamento
Orario di ricevimento
I docenti ricevono su appuntamento previo accordo via e-mail
egidio.beretta@unimib.it
ilaria.rivolta@unimib.it
Sustainable Development Goals
Aims
The Cardiac and Cardiovascular Physiology module aims to provide students with fundamental knowledge of the cellular, organ-level and systemic mechanisms regulating heart function and the cardiovascular system. The module starts from the cellular physiology of the cardiomyocyte, with particular attention to electrical excitability, cardiac automaticity and excitation-contraction coupling, and then progresses to the understanding of the mechanical function of the heart as a pump. By the end of the module, students are expected to understand the main intrinsic and extrinsic mechanisms regulating cardiac activity, the cardiac cycle, cardiac output, cardiac work and energetics, as well as the biophysical principles governing blood flow in the different vascular districts. Students are also expected to understand the functional integration of heart, vessels and blood in the maintenance of arterial pressure, tissue perfusion and cardiovascular homeostasis.
Contents
The module covers cardiomyocyte physiology, the structural and functional characteristics of the myocardium, cardiac automaticity, generation and propagation of cardiac electrical activity and excitation-contraction coupling. Neural control of cardiac activity, regulation of heart rate, cardiac pump mechanics, the cardiac cycle, cardiac output, the Frank-Starling law, measurement of cardiac output and the Fick principle will be discussed.
The module also includes the study of the cardiovascular system, with reference to blood rheology, the biophysical principles of circulation, the mechanical properties of blood vessels, arterial pressure and its regulation. The systemic and pulmonary circulations, the venous system and the main regional circulations, including coronary, splanchnic, pulmonary and renal circulation, will also be analysed.
Detailed program
The module introduces the cellular physiology of the cardiomyocyte, with reference to the electrical and mechanical properties of cardiac cells. The characteristics of contractile cardiomyocytes and cells of the cardiac conduction system will be described, together with the main ion channels involved in the generation of the cardiac action potential and the ionic basis of myocardial excitability. The action potential of contractile myocardial cells and pacemaker cells, cardiac automaticity and the mechanisms regulating heart rate will be analysed.
Part of the module will focus on rhythmic excitation and excitation-contraction coupling in the myocardium. The role of intracellular calcium, calcium release from the sarcoplasmic reticulum, actin-myosin interaction and the mechanisms that translate the electrical signal into contractile activity will be discussed. The functional specificities of cardiac muscle compared with skeletal and smooth muscle will also be highlighted.
The module will then address the structural and functional characteristics of the myocardium and the organization of the heart as an organ. The cardiac conduction system, propagation of the electrical impulse, coordination of atrial and ventricular activity and neural control of cardiac function by the autonomic nervous system will be described. The intrinsic and extrinsic mechanisms regulating cardiac function will be analysed, including the effects of the sympathetic and parasympathetic nervous systems on heart rate, conduction, contractility and relaxation.
Cardiac pump mechanics will then be discussed. The cardiac cycle, the phases of systole and diastole, pressure and volume changes within the cardiac chambers, valve function and the origin of heart sounds will be described. Cardiac work, cardiac energetics and the relationship between mechanical activity, oxygen consumption and myocardial metabolism will also be addressed.
A specific section will focus on cardiac output and its regulation. Stroke volume and cardiac output will be defined, and the main determinants of pump function, including preload, afterload, contractility and heart rate, will be analysed. The autoregulation of cardiac output according to the Frank-Starling law will be discussed in detail. The main methods for measuring cardiac output and the relationship between oxygen consumption and cardiac output according to the Fick principle will also be described.
The second part of the module will focus on the cardiovascular system. The properties of blood and blood rheology will be introduced, with reference to the factors influencing viscosity and blood flow. The main biophysical principles of circulation will be discussed, including Bernoulli’s principle, Poiseuille’s law and Laplace’s law, applied to the relationship among pressure, flow, resistance, vessel radius and wall tension.
The mechanical properties of the different vascular segments will then be analysed: arteries, arterioles, capillaries and veins. The concepts of vascular distensibility and compliance will be described, together with the function of elastic arteries, the role of arterioles in regulating peripheral resistance, capillary exchange and the function of the venous system as a volume reservoir. Blood velocity in the different vascular districts and the distribution of blood flow in the systemic circulation will also be discussed.
Finally, the module will address arterial pressure and the mechanisms involved in its regulation. The main determinants of arterial pressure, the role of cardiac output and peripheral resistance, and short- and long-term regulatory mechanisms will be analysed. The functional characteristics of the systemic and pulmonary circulations, the venous system and the main regional circulations will also be described, with particular reference to coronary, splanchnic, pulmonary and renal circulation.
Prerequisites
The prerequisite requirements to be fulfilled in order to sit the Human Physiology exam are those indicated in the Teaching Regulations of the Medicine and Surgery degree programme for the 2026/2027 academic year.
Teaching form
All lessons of 2 hours each will be in person, except in emergencies. They will begin with an initial part where concepts will be presented (lecture-based mode), followed by interaction with students that defines the subsequent part of the lesson in interactive mode.
Teaching methods will include lectures, videos, and class discussions.
Teaching activities may include, up to a maximum of 30% of the total lecture hours, the use of innovative teaching methods, including delivery under the supervision of the lecturer, co-teaching arrangements and/or remote teaching, in accordance with Ministerial Decree No. 1835 of 6 December 2024.
Textbook and teaching resource
CONTI, Fisiologia Medica, EDIERMES
GUYTON & J.E. HALL, Fisiologia medica, Piccin
GRASSI, NEGRINI, PORRO Fisiologia Medica, POLETTO EDITORE
Semester
Second year, First Semester
Assessment method
For the assessment method, please refer to the general course syllabus.
Office hours
The professors receive by appointment upon agreement by e-mail
egidio.beretta@unimib.it
ilaria.rivolta@unimib.it
