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CNR: Alamanacco della Scienza

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N. 16 - 1 set 2021
ISSN 2037-4801

Focus - Equilibrio  

Salute

Il cuore batte a ritmo

Il battere ritmico del nostro cuore dipende da un impulso elettrico che va ad attivare ogni singola cellula muscolare; la propagazione dell'impulso elettrico all'interno della singola cellula avviene grazie a un sofisticato sistema di conduzione e diffusione che è stato oggetto di studi recenti, grazie ai quali si è potuto comprendere come fosse possibile il mantenimento dell'equilibrio ionico nelle cellule cardiache. “Il nostro cuore è costituito da singole unità contrattili, le cellule cardiache, che, perfettamente orchestrate da un impulso elettrico, garantiscono una contrazione estremamente efficiente della nostra pompa cardiovascolare. Possiamo pensare alla cellula cardiaca come a un insieme di tantissime unità contrattili, i sarcomeri, che devono essere attivati a generare forza tutti nello stesso istante”, spiega Leonardo Sacconi dell'Istituto nazionale di ottica (Ino) del Cnr, tra gli autori dello studio. “Una complessa rete intracellulare di tubuli garantisce la propagazione dell'impulso elettrico all'interno della cellula, attivando tutti i sarcomeri simultaneamente, mediante un rilascio di calcio intracellulare omogeneo. Poiché la rete tubulare giunge fino alle regioni più interne della cellula, per garantire la corretta propagazione dell'impulso elettrico e il rapido rilascio del calcio all'interno delle cellule è necessario mantenere il giusto equilibrio ionico all'interno di questi micro-tubi. Viene naturale quindi chiedersi se la diffusione di ioni all'interno della rete tubulare sia sufficiente a garantire il giusto equilibrio”.

In uno studio del 2017, utilizzando la tecnologia del microscopio Frap (Fluorescence recovery after photobleaching), si era osservato che la diffusione delle molecole nella rete tubulare era molto lenta, al punto da far avanzare l'ipotesi che l'attività meccanica delle cellule cardiache potesse avere un ruolo importante nel sistema di diffusione. “Di fatto, la compressione potrebbe spingere all'esterno la soluzione presente nella rete tubulare (come facciamo con il dentifricio) e dopo, con il rilassamento cellulare, potrebbe essere sostituita con della soluzione fresca, risucchiando soluzione extra-cellulare al suo interno”, chiarisce il ricercatore del Cnr-Ino.

L'Istituto nazionale di ottica del Cnr, il Laboratorio europeo di spettroscopie non-lineari, l'Istituto di medicina sperimentale cardiovascolare dell'Università di Friburgo e il Centro di microscopia elettronica dell'Università del Colorado Boulder (Usa) hanno collaborato in uno studio interdisciplinare per verificare questa ipotesi, ancora una volta grazie alla microscopia Frap. “Abbiamo confrontato la diffusione in cellule che non si contraevano con quanto avviene in cellule battenti. Abbiamo osservato un significativo aumento della diffusione nelle cellule battenti confermando l'ipotesi dell'esistenza di una diffusione forzata dalla contrazione cellulare”, continua Sacconi. “Possiamo pensare che le cellule del nostro cuore 'ventilano' il loro sistema di tubi proprio come fanno gli insetti nei loro sistemi di respirazione tracheale. La bellezza di questa diffusione assistita è che, con l'aumentare della domanda, aumenta anche il numero di cicli di ventilazione: è quindi un sistema che si autocontrolla”.

La scoperta del nuovo meccanismo di equilibrio è utile in caso di patologie. “In molte cardiomiopatie è stato riscontrato un forte rimodellamento delle rete tubulare, in cui molti di questi elementi vengono persi riducendo ancora di più la possibilità di scambio con l'esterno”, conclude il ricercatore. “La presenza di un sistema di ventilazione attivo potrebbe garantire l'efficacia della sincronizzazione della contrazione cellulare anche in situazioni patologiche in cui la rete tubulare è strutturalmente compromessa”.

Beatrice Martini

Fonte: Leonardo Sacconi, Istituto nazionale di ottica , email sacconi@lens.unifi.it -