La frequenza cardiaca è il numero di battiti del cuore al minuto (bpm). Insieme alla temperatura corporea, alla pressione sanguigna e al ritmo respiratorio, è una delle funzioni vitali.
Fisiologia La frequenza cardiaca è generata ritmicamente dal nodo senoatriale, che è il pacemaker cardiaco fisiologico, ed è anche influenzata da fattori centrali attraverso i nervi simpatici e parasimpatici.
La stimolazione simpatica, della quale il nervo accelerante fornisce un input al cuore, aumenta la frequenza cardiaca. La stimolazione sinaptica è, inoltre, mediata dalla secrezione di catecolamine, in particolar modo, la noradrenalina o norepinefrina e l’epinefrina, che sono prodotte dalle ghiandole surrenali. La stimolazione parasimpatica, della quale il nervo vago fornisce un input al cuore, produce un rallentamento della frequenza cardiaca. L’attività parasimpatica è mediata dal rilascio di acetilcolina sulle cellule del nodo senoatriale.
La normale frequenza cardiaca a riposo in un adulto varia da 60 a 100 bpm (battiti per minuto).
La frequenza cardiaca tende a variare non solo con l’attività fisica e i livelli di forma, ma anche con l’età: i neonati hanno una frequenza cardiaca a riposo intorno ai 120 bpm che poi decresce fino alla giovane età adulta per aumentare, nuovamente, procedendo con l’età. Anche la capacità di creare frequenze cardiache massime, comprese, normalmente nell’intervallo 200-220 bpm, varia a seconda dell’età.
È definita bradicardia una condizione in cui la frequenza cardiaca a riposo è inferiore a 60 bpm. Tra le persone sane è possibile trovare una frequenza cardiaca inferiore ai 60 bpm e, in assenza di altri sintomi (come, per esempio, debolezza, affaticamento, vertigini, svenimenti, disturbi al petto, palpitazioni o difficoltà respiratorie) questa condizione non richiede, necessariamente, l'attenzione clinica. La tachicardia è, invece, definita come una condizione in cui la frequenza cardiaca a riposo è sopra ai 100 bpm. Nei bambini è possibile trovare frequenze cardiache a riposo spesso superiori a 100 bpm, ma ciò non è considerato tachicardia.
Influenze del sistema nervoso centrale
Centri cardiovascolari L'influenza del sistema nervoso sulla frequenza cardiaca è centralizzata nei due centri cardiovascolari appaiati del midollo allungato: le aree cardioacceleratrici stimolano l'attività attraverso la stimolazione simpatica, mentre le aree cardioinibitorie diminuiscono l'attività cardiaca attraverso la stimolazione parasimpatica. Entrambe le aree cardiovascolari forniscono, a riposo, una leggera stimolazione al cuore, contribuendo al tono autonomo.
Effetti dell'attività simpatica L'innervazione simpatica cardiaca ha origine dai neuroni simpatici pregangliari (S1N) presenti nelle sezioni toraciche superiori del midollo spinale. Questi neuroni fanno sinapsi con i neuroni (S2N) dei gangli cervicali e toracici superiori. Le fibre postgangliari simpatiche innervano il sistema di conduzione cardiaco e rilasciano il neurotrasmettitore noradrenalina, o norepinefrina, e il neuropeptide Y.
La noradrenalina si lega ai recettori beta-1 adrenergici cardiaci, aumentando, così, i livelli intracellulari di adenosina monofosfato ciclico (cAMP). Nelle fibrocellule, chiamate anche fibre muscolari, miociti o miocellule, del nodo senoatriale (NSA), l'aumento dei livelli di cAMP accorcia il periodo di ripolarizzazione e accelera, così, la depolarizzazione diastolica e la contrazione. Di conseguenza, il periodo cardiaco (PC) si accorcia quasi linearmente con la frequenza della scarica simpatica postgangliare, mentre aumenta la frequenza cardiaca.
I farmaci per l'ipertensione vengono utilizzati per bloccare i recettori beta-1 adrenergici cardiaci e ridurre così la frequenza cardiaca.
Il sistema nervoso simpatico controlla il cuore anche attraverso il rilascio di adrenalina, o epinefrina, da parte del midollo surrenale.
Effetti dell'attività parasimpatica L’innervazione parasimpatica cardiaca ha origine dai neuroni pregangliari parasimpatici (P1N) che sono localizzati: nel midollo allungato all'interno e ventrolateralmente al nucleo ambiguo (NAmb), in misura molto minore, nel nucleo motore dorsale del nervo vago e nella formazione reticolare tra questi due nuclei.
I neuroni pregangliari parasimpatici proiettano attraverso il nervo vago al plesso cardiaco; le fibre parasimpatiche postgangliari innervano ampiamente il sistema di conduzione cardiaca, rilasciando acetilcolina e peptide intestinale vasoattivo.
L'acetilcolina, legandosi ai recettori muscarinici M2, diminuisce i livelli di adenosina monofosfato ciclico (cAMP) nelle cellule miocardiche. Questi recettori aprono anche specifici canali del potassio che generano una corrente iperpolarizzante e aumenta, così, anche il tempo prima che si verifichi la successiva depolarizzazione spontanea. Di conseguenza, il periodo cardiaco (PC) si allunga quasi linearmente con la frequenza di scarica parasimpatica, mentre la frequenza cardiaca diminuisce.
Senza alcuna stimolazione nervosa, il nodo SA stabilirebbe un ritmo sinusale di circa 100 bpm. I ritmi a riposo sono, però, inferiori a questo valore; quindi, è evidente che la stimolazione parasimpatica rallenta normalmente la frequenza cardiaca. La diminuzione, invece, della stimolazione parasimpatica riduce il rilascio di ACh, consentendo alla frequenza cardiaca di aumentare fino a circa 100 bpm. È necessaria, invece, una stimolazione simpatica per raggiungere valori della frequenza cardiaca superiori ai 100 bpm.
Fattori che influenzano la frequenza cardiaca Diversi fattori influenzano la frequenza cardiaca, tra questi: gli ormoni, in particolare l'epinefrina, la noradrenalina e gli ormoni tiroidei; i livelli di vari ioni, tra cui calcio, potassio e sodio; la temperatura corporea e l'ipossia; l’età. Inoltre, alcune attività possono influire sulla FC come il sonno, l’esercizio fisico, l’attività sessuale, la meditazione lo stress e l’assunzione di sostanze, per esempio, l'assunzione di anfetamine aumenta la FC.
Epinefrina e noradrenalina Le catecolamine, epinefrina e noradrenalina, secrete dal midollo surrenale, costituiscono una componente del meccanismo di lotta o fuga. L'altra componente è la stimolazione simpatica. L'epinefrina e la norepinefrina hanno effetti simili: si legano ai recettori adrenergici beta-1 e aprono canali chimici per gli ioni sodio e calcio. Il tasso di depolarizzazione viene aumentato da un afflusso aggiuntivo di ioni carichi positivamente, per cui la soglia viene raggiunta più rapidamente e il periodo di ripolarizzazione si accorcia. Tuttavia, il rilascio massiccio di questi ormoni unito alla stimolazione simpatica potrebbe portare ad aritmie. Non esiste una stimolazione parasimpatica del midollo surrenale.
Ormoni Alcuni ormoni, quando compaiono in eccesso, aumentano la frequenza cardiaca. Tra questi sono presenti: catecolamine, endoteline, glucocorticosteroidi, ormoni tiroidei, leptina e PTHrP. Altri invece diminuiscono la frequenza cardiaca; tra questi troviamo i peptidi natriuretici, la sostanza P, la neurochinina A, l'ossitocina, l'angiotensina 1-7.
Il cortisolo, un ormone prodotto dal surrene su impulso del cervello, è l’ormone simbolo dello stress: nei momenti di maggior tensione determina l’aumento di glicemia e grassi nel sangue, mettendo a disposizione l’energia di cui il corpo ha bisogno. Insieme al cortisolo vengono poi liberate adrenalina e noradrenalina (catecolamine); la combinazione di questi tre elementi aumenta la pressione sanguigna per migliorare le prestazioni fisiche e la prontezza.
Il livello di cortisolo prodotto varia, descrivendo una curva, durante tutto l’arco della giornata e l’energia di cui disponiamo si modifica proprio seguendone l’andamento. Il picco maggiore si verifica nel momento che precede il risveglio, per fornire al corpo l’energia di cui ha bisogno per affrontare la giornata.
Lo stress incide su questa curva, facendo in modo che il livello di cortisolo resti alto anche alla fine della giornata. Ciò consente di lavorare fino a notte fonda, ma ostacola il sonno e a lungo andare modifica il ritmo sonno-veglia: al mattino ci si sente stanchi perché i livelli di cortisolo sono bassi, ma aumentano nell’arco della giornata fino a raggiungere picchi eccessivi di sera.
Durante la fase premestruale viene diminuita l’efficienza cardiorespiratoria, ed avviene un aumento della frequenza del polso e della frequenza respiratoria.
Durante l’ovulazione il progesterone svolge una funzione termogenica, portando a ritenzione idrica, a cui consegue un aumento del volume del sangue ed un aumento della frequenza cardiaca durante la fase premestruale.
Caffeina e nicotina L'ingestione di caffeina ha aumentato l'entità delle reazioni della FC indotte dallo stress, così come il fumo. Maschi e femmine sono generalmente simili nelle loro risposte al fumo, alla caffeina e allo stress.
La caffeina e la nicotina sono entrambi stimolatori del sistema nervoso e dei centri cardiaci e provocano un aumento della frequenza cardiaca. La caffeina aumenta i tassi di depolarizzazione del nodo seno-atriale, piccolo componente del complesso sistema neuro-elettrico cardiaco e che ne regola autonomamente il battito pacemaker naturale del cuore, mentre la nicotina stimola l'attività dei neuroni simpatici che trasmettono gli impulsi al cuore. Entrambi gli stimolanti sono legali e non regolamentati, e creano una forte dipendenza.
Uno studio ha mostrato come la caffeina aumenti la resistenza vascolare sistemica in condizioni di riposo, ma ha aumentato la gittata cardiaca durante l'arousal dovuto ad un compito comportamentale. Basti pensare che una normale tazza di caffè può avere effetti sulla pressione sanguigna e vigilanza mentale.
Effetti dello stress Nel linguaggio medico, lo stress è la risposta funzionale con cui l’organismo reagisce a uno stimolo più o meno violento (stressor) di qualsiasi natura (microbica, tossica, traumatica, termica, emozionale, ecc.). Negli organismi più sviluppati si configura in una serie di fenomeni neuro-ormonali fra i quali predomina l’intensa attività secretoria della corteccia surrenale.
Esistono diversi tipi di stress: c’è infatti uno stress buono, chiamato eustress, che consente al nostro organismo di far fronte a piccole e grandi emergenze, dandoci una forza e una resistenza inaspettate. Ma se la situazione di stress si protrae troppo a lungo nel tempo e non è seguita da una fase di rilassamento, si ripercuote in una serie di ricadute dannose per l’organismo. Si parla allora di stress cattivo, o distress.
Sia la sorpresa che lo stress inducono un aumento significativo della frequenza cardiaca. Le emozioni/stimoli negativi hanno un effetto prolungato sulla frequenza cardiaca negli individui che ne sono direttamente colpiti. Recenti studi suggeriscono che la variabilità della frequenza cardiaca può essere utilizzata come misura accurata dello stress psicologico e potrebbe essere utilizzata per una misurazione oggettiva dello stress psicologico.
Fattori che riducono la frequenza cardiaca La frequenza cardiaca può essere rallentata da diversi fenomeni fisiologici o indotti da farmaci/sostanze. Generalmente, antidepressivi e sedativi riducono significativamente la FC.
Inizialmente, sia l'iponatremia (bassi livelli di sodio) che l'ipernatremia (alti livelli di sodio) possono portare alla tachicardia. L'iponatriemia grave provoca bradicardia e altre aritmie. Anche l'ipokaliemia (bassi livelli di potassio) porta a debolezza del cuore con conseguente arresto di quest’ultimo, mentre l'iperkaliemia (alti livelli di potassio) causa aritmie, anche fatali.
L'ipossia, ovvero un apporto insufficiente di ossigeno, porta a una diminuzione della FC, poiché le reazioni metaboliche che alimentano la contrazione del cuore vengono limitate.