fisiopatologia cardiocircolatoria - unife
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Fisiopatologia cardiocircolatoria
L’ aterosclerosi è caratterizzata dall’ ispessimento della parete arteriosa
ed è la causa primaria dell’ arteriopatia coronarica e della patologia
vascolare cerebrale, le più frequenti cause di morbidità e mortalità
nel mondo sviluppato (e non solo).
Rudolf Ludwig Karl Virchow
Macrofagi marcati con con
un’ agente di contrasto iodato
(N1177)
Marcatura in vivo dell’ aorta
addominale del coniglio
con N1177
Carotide umana marcata con 18F fluorodeossiglucosio
c) CT_PET
d) Risonanza
Seing is believing: possiamo vedere l’ aterosclerosi
Fisiopatologia cardiocircolatoria
Il cuore è una pompa che dimostra primariamente la sua insufficienza
funzionale come riduzione della sua capacità di “pompare” il sangue
nel circolo arterioso, ma non è solo una pompa.
Il cuore è capace di autoregolazione, adeguando la gittata sistolica
all’ entità del riempimento diastolico (precarico), o delle resistenze periferiche
(postcarico).
Inoltre, il tessuto cardiaco è caratterizzato da autoritmicità, conduttività ed
eccitabilità.
Perciò, i livelli di regolazione dell’ attività cardiaca sono almeno tre:
1) Intrinseco
2) Nervoso (orto e para simpatico)
3) Ormonale (catecolamine, insulina, glucocorticoidi, ma anche ormoni prodotti
direttamente dal cuore che influenzano indirettamente la contrattilità cardiaca).
Il metabolismo del cuore
Il cuore assorbe circa il 10% del consumo di ossigeno dell’ organismo, con un coefficiente di
estrazione che oscilla intorno al 70% e può arrivare fino al 80-90%: il cuore lavoro sempre al
limite dell’ ischemia.
Fabbisogno energetico: 60-65% acidi grassi
30% glucosio
5% corpi chetonici
Importanza dei mitocondri per il normale metabolismo energetio miocardico (carnitina,
B-ossidazione). Il cor tigratum.
carnitina
Il metabolismo del cuore
Acidi grassi: cuore adulto, digiuni, diabete
Glucosio: cuore fetale (sforzo prolungato), ischemia
Lattato: sforzo prolungato
Corpi chetonici: digiuno, chetosi
Aminoacidi: digiuno prolungato
Regolazione della dinamica cardiaca
1. Fattori meccanici
2. Fattori umorali
3. Composizione dell’ ambiente extracelluare
Effetti degli squilibri elettrolitici sulla dinamica cardiaca
Iperpotassiemia (>6-7 mEq/L) cause: Lisi cellulare, acidosi, insufficienza renale, morbo di Addison
Spostamento del potenziale di riposo a valori più positivi,
(depolarizzazione) riduzione dell’ eccitabilità
e della velocità di conduzione, asistolia o fibrillazione.
Ipopotassiemia (<3.5 mEq/L) cause: Alcalosi, ipercortisolismo, diabete scompensato (eccessiva
eliminazione renale), acidosi tubulare (da ridotta escrezione di H+), liquerizia
Spostamento del potenziale di riposo a valori più negativi,
aumento dell’ eccitabilità, aritmie ipercinetiche
Ipercalcemia cause: Iperparatiroidismi, osteolisi, sindromi paraneoplastiche con iperproduzione di PTH
Spostamento del potenziale di riposo a valori più negativi,
alterazioni dell’eccitabilità
Ipocalcemia cause: Ipoparatiroidismo, insufficienza renale cronica
Allungamento della fase di depolarizzazione,
ritardo della ripolarizzazione, riduzione della contrattilità
Acidosi cause: Diabete, ischemia
Aumento dell’ eccitabilità
La forza di contrazione del tessuto cardiaco è funzione diretta
(fino ad un certo punto) della lunghezza delle fibre.
“Il volume sistolico del cuore è funzione della lunghezza diastolica delle fibre”
La lunghezza ottimale della miofibra è di 2.2 um
Perciò, l’ aumento del volume telediastolico si traduce, a parità di condizioni, in aumento della gittata sistolica
Tuttavia……..
Il cuore iperefficiente (per es. stimolazione adrenergica
Il cuore insufficiente
Portata circolatoria (quantità di sangue espulso nell’ aorta e nell’ arteria polmonare
in un minuto): gittata sistolica X frequenza cardiaca.
Gittata sistolica dipende da: pre-carico
post-carico
contrattilità miocardica
Il precarico può ridursi per:
1. riduzione della volemia
2. Versamenti pleurici o pericardici
3. Riduzione dell’ efficienza della sistole atriale (per es. fibrillazione
atriale)
4. Riduzione del tono venoso
Il precarico può aumentare per:
1. aumento della volemia
2. aumento dell’ attività muscolare, ipertiroidismo, anemie gravi,
shunt sin-dx.
Il postcarico può aumentare per:
1. ipertensione arteriosa
2. aumento della viscosità del sangue
3. arteriolosclerosi/arteriosclerosi
4. Stenosi/insufficienze valvolari
La contrattilità miocardica è determinata dal tono neurovegetativo e dall’ integrità
del miocardio ventrcolare
L’ inotropismo positivo si esprime come aumento della forza di contrazione e
della velocità di contrazione e di rilasciamento. Ciò causa aumento della frazione
di eiezione e più rapida diminuzione della pressione endoventricolare.
Risultato: << della pressione di riempimento ventricolare, >> tempo a disposizione
per il riempimento diastolico: >> volume di sistole successiva
Inotropismo e Cronotropismo
La frequenza cardiaca
L’ aumento della frequenza cardiaca è il meccanismo rapido principale
di adeguamento della portata circolatoria alle aumentate richieste metaboliche
periferiche (nel soggetto non allenato).
Fattori limitanti: riduzione della durata della diastole
riduzione del flusso coronarico
Frequenza soglia: 160/170 battiti/min nel soggetto sano non allenato
200/220 nell’ atleta
120/130 nell’ anziano (o nei cardiopatici)
Portata circolatoria a riposo: 3-4.5 l/min
Fino a 15-30 l/min sotto sforzo nel soggetto allenato
Riserva cardiaca: capacità del cuore di adattarsi transitoriamente o
permanentemente ad un maggiore lavoro
L’ aumento della capacità di lavoro del cuore è dovuto a:
1. > gittata sistolica per > del precarico (> ritorno venoso)
2. > della contrattilità
3. >> della frequenza (fattore antieconomico perché riduce il flusso coronarico)
4. dilatazione miocardica
5. ipertrofia/ipertrofia
Prevalenti nel soggetto allenato
Meccanismi extracardiaci di riserva: 1. redistribuzione del flusso sanguigno
2. >> frazione di estrazione dell’ ossigeno
3. ricorso al metabolismo anaerobio periferico
Il cuore ipertrofico
Aumento di volume dei miocardiociti (in alcune forme sperimentali
può aversi una parziale iperplasia)
Ipertrofia concentrica: prevale l’ aumento del diametro delle cellule, con
>> dello spessore della parete, invarianza del volume, riduzione del
rapporto raggio/spessore, relativo mantenimento della funzione sistolica
Tipicamente da sovraccarico pressorio cronico (ipertensione arteriosa,
stenosi aortica o polmonare)
Ipertrofia eccentrica: prevale l’ allungamento delle miofibrille, con aumento
del volume della camera cardiaca, spessore della parete ridotto o normale,
aumento del rapporto raggio/spessore, significativa riduzione della funzione
sistolica
Tipicamente da sovraccarico cronico di volume (insufficienza aortica o
mitralica, miocardiopatie dilatative)
Falsa ipertrofia miocardica: amiloidosi, glicogenosi, lipidosi
Aspetti caratteristici dell’ ipertrofia miocardica
1. Riduzione dell’ efficienza contrattile per unità di massa muscolare anche
in presenza di compenso
2. Irreversibilità
Risposta differenziale al sovraccarico di pressione o di volume
s = tensione parete
ventricolare
Basi biochimiche dell’ ipertrofia patologica
Stimolazione meccanica
Alterazioni cellulari
• omeostasi del calcio (<< RyR, << IP3R, << SR CaATPase)
• desensibilizzazione adrenergica (< espressione b recettori, disaccoppiamento,
espressione proteine G inibitorie)
• ipertrofia (>> c-fos, c-jun, c-myc, > numero dei sarcomeri, > miosina e troponina
fetale)
• >> espressione di proteine fetali non contrattili
• morte cellulare
• fibrosi
• << rapporto capillari/tessuto contrattile
• >> autofagia, mitofagia
Fattori causali e facilitanti l’ ipertrofia patologica:
> Citochine infiammatorie, angiotensina, stress emodinamico
Il metabolismo del cuore
Acidi grassi: cuore adulto, digiuni, diabete
Glucosio: cuore fetale (sforzo prolungato), ischemia
Lattato: sforzo prolungato
Corpi chetonici: digiuno, chetosi
Aminoacidi: digiuno prolungato
Il metabolismo del cuore insufficiente
Il rimodellamento metabolico del cuore insufficiente
Autofagia ed insufficienza cardiaca
Autofagia: processo che permette la degradazione controllata dei costituenti cellulari strutturali
Autofagia ed insufficienza cardiaca
Autofagia ed insufficienza cardiaca
Cuore normotrofico o
in corso di ipertrofia fisiologica
Cuore in corso di
ipertrofia patologica Cuore in corso di scompenso
SCOMPENSO CARDIACO CONGESTIZIO
Insufficienza multisistemica dovuta ad incapacità del cuore ad immettere
nelle arterie tutto il sangue refluo dal circolo venoso
Insufficienza sinistra
Insufficienza destra
Manifestazioni dell’ insufficienza ventricolare sinistra:
dispnea, dispnea parossistica notturna
ortopnea
tachipnea
emottisi
nicturia
tachicardia
polso alternante
rantoli polmonari
ottusità delle basi polmonari alla percussione
Fisiopatologia
Alterazioni emodinamiche
Patologia cellulare
Integrazioni neuro-ormonali
Figure 1 HF as a systemic illness
Ahmad, T. et al. (2012) Novel biomarkers in chronic heart failure
Nat. Rev. Cardiol. doi:10.1038/nrcardio.2012.37
Cardiomiopatia dilatativa
eccentrica
Cardiomiopatia ipertrofica
concentrica
Parete ventricolo sin
Ipertrofia cardiaca
Cause:
Sovraccarico emodinamico (insufficienza mitrale o aortica, insufficienza ad alto volume d’ eiezione da anemie
o ipertiroidismo).
Sovraccarico pressorio (ipertensione sistemica, ostruzioni valvolari, per es. aortica).
Danno miocardico con perdita di tessuto (infarto, connettivopatie, per es. LES).
Danno miocardico da tossici o infezioni (etilismo, doxorubicina, virus, batteri)
Ridotto riempimento (stenosi mitralica, pericarditi o tamponamento cardiaco, malattie infiltrative, per es.
amiloidosi, disturbi del ritmo, per es. fibrillazione atriale).
Cuore insufficiente Deficit diastolico Deficit sistolico
Ma in genere sono associati
Meccanismi di compenso
Compenso meccanico: ipertrofia, dilatazione miocardica
Compenso neuro-ormonale: agisce sui meccanismi di compenso meccanico, sulla contrattilità
e sulla frequenza
Principali meccanismi di compenso neuro-ormonale
1. Attività simpatica: effetto inotropo e cronotropo positivi
però….provoca veno ed arteriocostrizione con diminuzione del
pre-carico ed aumento del post-carico
2. >> secrezione di renina-angiotensina: >> aldosterone, ipernatriemia
ipokaliemia
2bis.>> renina-angiotensina: vasocostrizione, aumento del postcarico
3. >> secrezione di vasopressina: riassorbimento di acqua dai tubuli renali
4. >> secrezione di endototelina: ipertensione polmonare, ipertrofia e fibrosi
del miocardio
5. >> rilascio di citochine infiammatorie: TNF, IL-1
L’ organismo reagisce come se fosse in presenza di uno stato ipovolemico
o meglio di una riduzione del volume arterioso effettivo
Il cuore insufficiente: effetti sistemici
> Pressione ventricolo sin > Pressione atrio sin Pressione capillari
polmonari
edema Riduzione capacità vitale pomonare
Affanno, dispnea,
Ortopnea, dispnea
Parossistica notturna, nicturia
Alterazioni ventilazione/perfusione ipossiemia
Edema della parete bronchiale Asma cardiaco
Sintomi cerebrali
<< volume di sistole Ridotta perfusione tissutale Astenia, sintomi cerebrali
Insufficienza ventricolare sin Ipertensione polmonare Insufficienza ventricolare dx
Cause primarie di insufficienza ventricolare dx:
1. Ostruzione precapillare (shunt, ostruzioni))
2. Infarto ventricolo dx
3. Cor pulmonale (vasocostrizione ipossica, embolia polmonare, ipertensione
polmonare idiopatica COPD)
Che cos’ è il cor pulmonale?
“Alterazione morfo-funzionale del cuore dx dovuta ad una causa polmonare
primitiva che produce ipertensione polmonare”
Il cuore insufficiente: patogenesi della ritenzione idrica
Anasarca, Ascite, Edema declive
Insulto, lesione,
Sovraccarico pressorio,
etc etc
Insufficienza ventricolare sin Ipertensione polmonare Insufficienza ventricolare dx
Cause primarie di insufficienza ventricolare dx:
1. Ostruzione precapillare (shunt, ostruzioni))
2. Infarto ventricolo dx
3. Cor pulmonale (vasocostrizione ipossica, embolia polmonare, ipertensione
polmonare idiopatica COPD)
Che cos’ è il cor pulmonale?
“Alterazione morfo-funzionale del cuore dx dovuta ad una causa polmonare
primitiva che produce ipertensione polmonare”
Cause di cor pulmonale
Malattie del parenchima polmonare
COPD (BPCO)
Fibrosi polmonare
Fibrosi cistica
Vasculopatie polmonari
Embolie ricorrenti
Ipertensione polmonare primaria
Soggiorni prolungati in quota
Cardiopatie congenite
Difetti della parete toracica
Cifoscoliosi
Fibrosi pleurica
Patologie neuromuscolari
Ipoventilazione idiopatica
Sindrome di Pickwick
Il polmone nell’ insufficienza cardiaca:
Edema
Cellule cardiache (heart failure cells)
Fibrosi
Il fegato nell’ insufficienza cardiaca:
Atrofia degli epatociti centrolobulari (fegato a noce moscata)
Necrosi emorragica
Fibrosi
Cirrosi
Spazi centrolobulari congesti
(accumulo di eritrociti)
Fegato a noce moscata
(nutmeg liver)
Vena centrolobulare
Cirrosi cardiaca
Spazio portale Spazi centrolobulari
> 24 ore dal dolore stenocardico
< 8 ore dal dolore stenocardico
8-24 ore dal dolore stenocardico
Marcatori miocardici nella prima settimana post-infarto
I peptidi natriuretici
Indicatori (biomarkers) di insufficienza cardiaca
Prevalentemente atri Prevalentemente
ventricoli Prevalentemente
endoteli
Espressione di ANF e BNP
nel miocardio normale e patologico
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