Fisiopatologia cardiocircolatoria - Unife

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

Seing is believing: possiamo vedere l’ aterosclerosi

Macrofagi marcati con con        Marcatura in vivo dell’ aorta   Carotide umana marcata con
un’ agente di contrasto iodato   addominale del coniglio         18F fluorodeossiglucosio

(N1177)                          con N1177                       c) CT_PET
                                                                 d) Risonanza

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 (

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

                    Inotropismo e Cronotropismo

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: > tempo a disposizione
per il riempimento diastolico: >> volume di sistole successiva

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)
                                                               Prevalenti nel soggetto allenato
 2. > della contrattilità
 3. >> della frequenza (fattore antieconomico perché riduce il flusso coronarico)

 4. dilatazione miocardica
 5. ipertrofia/ipertrofia

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 ( numero dei sarcomeri, > miosina e troponina
           fetale)
• >> espressione di proteine fetali non contrattili
• morte cellulare
• fibrosi
• > 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                 Cuore in corso di
                                                             Cuore in corso di scompenso
in corso di ipertrofia fisiologica   ipertrofia patologica

SCOMPENSO CARDIACO CONGESTIZIO

Insufficienza multisistemica dovuta ad incapacità del cuore ad immettere
           nelle arterie tutto il sangue refluo dal circolo venoso

                                   Alterazioni emodinamiche

   Fisiopatologia                  Patologia cellulare

                                   Integrazioni neuro-ormonali

                                        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

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

Ipertrofia cardiaca

Parete ventricolo sin

   Cardiomiopatia dilatativa   Cardiomiopatia ipertrofica
         eccentrica                  concentrica

Deficit diastolico                            Cuore insufficiente                          Deficit sistolico

                                           Ma in genere sono associati

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).

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 capillari
 > Pressione ventricolo sin                     > Pressione atrio sin          polmonari

Affanno, dispnea,
Ortopnea, dispnea
Parossistica notturna, nicturia

 edema                            Riduzione capacità vitale pomonare

 Alterazioni ventilazione/perfusione                       ipossiemia                Sintomi cerebrali

   Edema della parete bronchiale                                    Asma cardiaco

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”

Insulto, lesione,
Sovraccarico pressorio,   Il cuore insufficiente: patogenesi della ritenzione idrica
 etc etc

                                                                   Anasarca, Ascite, Edema declive

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

Vena centrolobulare
Fegato a noce moscata
    (nutmeg liver)

                                                              Spazi centrolobulari          Spazio portale

            Spazi centrolobulari congesti
              (accumulo di eritrociti)                                               Cirrosi cardiaca

< 8 ore dal dolore stenocardico

                           8-24 ore dal dolore stenocardico

                                     > 24 ore dal dolore stenocardico

      Marcatori miocardici nella prima settimana post-infarto

I peptidi natriuretici

Indicatori (biomarkers) di insufficienza cardiaca

Prevalentemente atri   Prevalentemente   Prevalentemente
                           ventricoli        endoteli

Espressione di ANF e BNP
nel miocardio normale e patologico