UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ ȘI FARMACIE -...
Transcript of UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ ȘI FARMACIE -...
UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ ȘI FARMACIE
CAROL DAVILA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Medicină
Departamentul Clinic 2
- DISCIPLINA FIZIOPATOLOGIE II –
Institutul Național de Boli Infecțioase Prof. dr. Matei Balș
- Academia HIV/SIDA și de boli infectioase -
Curs fiziopatologie pentru studenți - anul III
An universitar 2016/2017
Prof. univ. dr. Daniela A. ION
Șef disciplină
Definiție
Fiziopatologia este o disciplină integrativă, o disciplină de graniţă între învăţământul preclinic şi
cel clinic, bazată pe cercetarea fundamentală și clinică, ce prezintă/explică mecanismele
responsabile de inițierea și evoluția proceselor patologice/bolilor, pentru stabilirea unor metode
adecvate de tratament.
Fiziopatologia este fundamentul raționamentului clinic.
Termenul fiziopatologie:
- fiziologie – cuvintele grecesti physis (natură) și logos (studiu) → studiul funcțiilor organismelor vii (animale și vegetale)
- patologie (cuvântul grecesc – pathos - boala): studiul modificărilor funcționale și structurale, la nivel celular și tisular, care duc la apariția bolilor (studiul mecanismelor de producere a bolilor).
Fiziopatologie
Obiectul fiziopatologiei
- studiul reacţiilor organismului de răspuns la acțiunea agenților patogeni (agresori)
- studiul mecanismelor de producere a bolilor/proceselor patologice
- studiul evoluţiei bolilor
- stabilirea unor principii generale de prevenire a bolilor
- stabilirea unor principii generale de tratament al bolilor
Importanța fiziopatologiei
- răspunde la întrebări:
- care este cauza unei boli ?
- care sunt mecanismele responsabile de aparitia bolii dar și de evoluția bolii ?
- care sunt mecanismele responsabile de apariția simptomelor și semnelor bolii ?
- înțelegerea cauzei și a mecanismului de aparitie a unei boli permite stabilirea unui tratament eficient
Fiziopatologia oferă “fundalul” teoretic pentru înțelegerea modului în care se poate realiza tratarea eficientă dar și prevenția (prevenirea apariției) unei boli.
Fiziopatologie
Starea de sănătate: absența bolii și a infirmității clinice, precum și starea de bine completă, de confort
fizic, psihic și social.
Boala
- stare patologică rezultată prin depăşirea echilibrelor homeostazice (starea de normalitate/sănătate este
menţinută atât timp cât este menţinută homeostazia)
- reprezintă orice alterare în structura/funcția normală a unui organ/sistem al organismului
- se manifestă printr-un ansamblu de semne și simptome caracteristice (fenomene obiective şi subiectiveanormale provocate de cauze endogene sau exogene)
- etiologia, patogenia și prognosticul bolii pot să fie cunoscute/necunoscute
Etiopatogenie
- etiologia bolii: factorii care determină apariția bolii
- agenti biologici – bacterii, virusuri etc.
- agenti fizici – traumatisme, arsuri, radiatii etc.
- agenti chimici – substante toxice, alcool etc.
- patogenia bolii (evenimentele celulare și tisulare care apar în momentul contactului inițialcu factorul etiologic și care determină apariția bolii)
Fiziopatologie
Criterii de clasificare a bolilor
Criteriul anatomic:
- în raport cu organul lezat: cardiopatii, nefropatii, hepatopatii etc.
- în raport cu sistemul afectat: boli ale sistemului nervos, osteo-articular etc.
Criteriul semiologic (după gravitate/tipul de evoluție): supraacute, acute, subacute, cronice.
Criteriul etiologic: boli traumatice, infecţioase, metabolice etc.
Criteriul apariţiei în ontogeneză:
- boli ereditare apărute prin modificări ale gameţilor (se transmit în arborele genealogic)
- boli congenitale cu debut în perioada embriofetală (după formarea embrionului)
- boli dobândite
Criteriul ponderii dintre alterările genetice şi cele induse de mediul extern:
- boli genetice – există anomalii cromozomiale
- boli paratipice – influența mediului este decisivă
- boli multifactoriale - predispoziţia genetică se asociază cu acțiunea factorilor de mediu:(HTA, guta, diabet zaharat etc.)
Fiziopatologie
Fiziopatologia insuficienţei
cardiace (I)
http://knol.google.com/k/syncope-fainting
Insuficiența cardiacăDefiniţie
Insuficienţa cardiacă (IC) este un sindrom clinic în care alterarea funcţiei cardiace este responsabilă de:
- incapacitatea cordului de a pompa sânge la nivelul unui debit cardiac (DC) adecvat necesarului metabolic al țesuturilor, cu oxigenare tisulară inadecvată (în repaus și/sau la efort)
sau
- asigurarea unui DC adecvat în condițiile creșterii presiunii de umplere ventriculară (în repaus și/sau la efort).
http://knol.google.com/k/syncope-fainting
Agentul etiologic / evenimentul declanșator (trigger) al IC:
poate acţiona brusc (infarct miocardic acut - IMA)
→ IC acută;
poate acţiona lent, progresiv (suprasolicitări
hemodinamice ventriculare prin presiune/volum)
→ IC cronică
http://knol.google.com/k/syncope-fainting
Fiziopatologia ICde la acțiunea factorului etiologic/evenimentului declanșator al IC la remodelarea
ventriculară
Agentul etiologic:
- induce alterarea structurală a muşchiului cardiac → pierdere de miocite funcţionale → alterarea primară a contractilitățiimiocardice
- cardiopatie ischemică
- cardiomiopatii
- miocardite (infecțioase, toxice, alergice etc.)
- interferă cu funcția de pompă (funcția miocardului de a genera forţă de contracţie/DC) → alterarea secundară a contractilitățiimiocardice
- suprasolicitări hemodinamice ventriculare prinpresiune/volum
- stenoze valvulare
- insuficiențe valvulare
- hipertensiunea arterială (HTA)
- hipertensiunea pulmonară (HTP)
- tromboembolismul pulmonar etc.
http://knol.google.com/k/syncope-fainting
Fiziopatologia ICde la acțiunea factorului etiologic/evenimentului declanșator al IC la remodelarea
ventriculară
Alterările/leziunile cardiace induse de agentul etiologic/evenimentul trigger induc o disfuncție
cardiacă → intră în acţiune mecanisme adaptative/compensatoare prin care funcţia cardiacă poate să
fie păstrată/minimum alterată, pentru o perioadă de timp → pacientul este asimptomatic → IC încă nu
s-a instalat.
În evoluția stărilor patologice cardiace, pe măsură ce mecanismele adaptative/compensatoare sunt
depășite, apare insuficiența cardiacă → pacientul este simptomatic.
* Semnele și simptomele caracteristice IC reprezintă expresia clinică a tulburărilor
fiziopatologice care definesc IC:
- scăderea DC (astenie, oboseală/scăderea capacității de efort, oligurie etc.);
- creșterea presiunii de umplere ventriculară, cu stază sanguină pulmonară
și/sau sistemică (dispnee, jugulare turgescente, hepatomegalie de stază, edeme
gambiere).
Fiziopatologia ICde la acțiunea factorului etiologic/evenimentului declanșator al IC la remodelarea
ventriculară
Disfuncția cardiacă poate interesa miocardul sau pericardul, se poate raporta la un ventricul sau la
cord în întregime.
- Disfuncție miocardiacă
- scăderea contracțilității/relaxării miocardice (alterarea fibrelor
miocardice)
- scăderea complianței miocardice(alterarea proprietăților vâsco-
elastice ale peretelui ventricular)
- Disfuncție ventriculară din cauze pericardice
- Disfuncție ce interesează funcția cronotropă
Activitatea susţinută a mecanismelor compensatoare (sisteme neuro-hormonale, citokine etc.) induce,
în timp, transformări cardiace (remodelare cardiacă) ce determină afectare secundară cardiacă.
! În descrierea patogeniei şi a mecanismelor fiziopatologice ale IC, debutul şi evoluția
(progresul) bolii apar ca un rezultat al:
- alterărilor/leziunilor inițiale cardiace;
- remodelării cardiace.
Fiziopatologia ICde la acțiunea factorului etiologic/evenimentului declanșator al IC la remodelarea
ventriculară
Performanța cardiacă poate fi definită:
- la nivel de fibră miocardică, prin capacitatea de a genera tensiune/forță și de a se
scurta);
- la nivel de pompă cardiacă, prin capacitatea de a dezvolta o presiune endo-
cavitară (intraventriculară) și de a realiza un DC.
Performanța cardiacă la nivel de miocard și la nivel de pompă (DC cardiac adecvat) depinde
de mai mulți parametri (determinanții funcției cardiace):
- presarcină;
- postsarcină;
- contractilitate și relaxare (ambele fenomene sunt active, consumatoare de
energie și dependente de aportul coronarian de oxigen);
- frecvența cardiacă.
Fiziopatologia IC- performanța cardiacă -
Studierea determinanților funcției cardiace, a modificărilor acestora în cursul proceselor adaptative/
mecanismelor compensatoare declanșate de alterările/suprasolicitările cardiace, oferă date care permit:
- aprecierea funcției cardiace
- aprecierea capacității de adaptare a cordului
- explicarea mecanismelor fiziopatologice – mecanisme responsabile de:
- expresia clinică a IC
- evoluția IC
# Concluziile studierii determinanților funcției cardiace pot fi:
- funcție cardiacă normală;
- procese adaptative/mecanisme compensatoare eficiente:
- în condiții fiziologice (adaptarea la efort)
- în situații patologice
* apar modificări ale determinanților funcției cardiace dar
funcția cardiacă globală este păstrată/minimum alterată
(stare compensată a leziunilor → IC nu s-a instalat);
- procese adaptative/mecanisme compensatoare ineficiente/depășite (stare
decompensată a leziunilor → IC instalată).
Fiziopatologia IC- performanța cardiacă -
Fibrele miocardice conţin benzi de miofibrile dispuse longitudinal, formate din miofilamente de actină
(filamente subţiri) și miozină (filamente groase) și organizate în structuri repetitive (sarcomere).
Sarcomerul reprezintă unitatea anatomică şi funcţională a contracţiei.
Fiziopatologia IC- Sarcomerul -
Fibra miocardică – structură
Sarcomerul este delimitat de liniile Z.
* Distanţa dintre două linii Z (1,6-2,2 μm) variază în funcţie de gradul de întindere / contracţie a fibrei miocardice.
În centrul sarcomerului există banda A
* bandă întunecată cu lăţime constantă (1,5 μm), încadrată de
Benzile I
* benzi clare cu lăţime variabilă, în funcţie de gradul de întindere / contracţie a fibrei miocardice.
www. noticiasnaturistas.com
Fiziopatologia IC- Sarcomerul -
Filamentele de miozină
- filamente groase
- fixe
- limitate la nivelul benzilor A
- lungime fixă (1,5 μm)
- situsuri de interacţiune cu actina pe toată suprafaţa, excepţie zona centrală(H) - 0,2 μm
Filamentele de actină
- filamente subţiri
- mobile
- se întind de la linia Z, prin banda I, până în banda A
- lungime fixă (1μm)
- situsuri de interacţiune cu miozina pe toată lungimea
www. noticiasnaturistas.com
La nivelul sarcomerului există două tipuri de miofilamente care se întrepătrund.
Fiziopatologia IC- Sarcomerul -
Banda A conține o suprapunere de miofilamentegroase (miozină) şi subţiri (actină), între care existăpunți.
Banda I conține numai miofilamente subţiri (actină).
În timpul proceselor de contracţie și relaxare lungimea filamentelor de miozină şi actină este constantă, variază doar gradul de suprapunere a acestora.
Odată cu activarea contracţiei:
- prin interacţiunile realizate la nivelul punţilor, filamentele de actină sunt împinse în banda A;
- lăţimea benzii A rămâne constantă în timp ce banda I devine mai subţire, iar distanța dintre liniile Z scade.
www. noticiasnaturistas.com
Fiziopatologia IC- Sarcomerul -
Fitzgibbon D. Ch 9. T Tubules. 2012. [Online].
Tubii T (transversali) și reticulul sarcoplasmic (RS)
Fiziopatologia IC- Sarcomerul -
Activarea miocitului
Transmiterea potențialului de acțiune (PA) induce creșterea concentrației intracitoplasmatice a calciului -
[Ca2+]IC → interacțiune actină - miozină → glisarea miofilamentelor → contracția fibrei miocardice
În citoplasma miocitelor, sursa de Ca2+ necesar inițierii contracției este dublă:
- extracelulară, din fluidul extracelular (extracellular fluid - ECF);
- intracelulară, din reticulul sarcoplasmic (RS).
În jurul fiecărui miofibril sunt dispuse cisternele RS,
înconjurate de tubii T.
RS: organit celular, depozit de Ca2+ → RS
eliberează (pentru contracție) și recaptează
(pentru relaxare) Ca2+
Tubii T:
- prelungiri ale sarcolemei ce comunică atât cu
exteriorul (ECF) cât și cu interiorul (RS);
- transmit PA în profunzimea fibrei.
# Miozina este o proteină contractilă cu structură complexă, asimetrică, formată din:
I) 2 lanțuri grele, MHC (myosin heavy-chains)
Fiecare lanț greu are un capăt globular și o porțiune liniară; sunt descrise și 3 domenii (catalitic,
pârghie și coadă), diferite structural și funcțional.
* Capătul globular
1. domeniul catalitic:
- conține situsul de legare pentru ATP (leagă ATP și produșii ADP și Pi)
- are funcție de ATP-ază (domeniu catalitic) → hidroliza ATP, la ADP și Pi → este furnizată
energia necesară contracției;
# Creșterea [Ca2+]IC induce activarea ATP-azei miozinice.
- conține situsul de legare pentru actină;
Fiziopatologia ICSarcomerul –
Proteine contractile și reglatorii
Walck-Shannon E, Hardin J: Cell intercalation from top to bottom. Nature Reviews
Molecular Cell Biology. 2014. 15: 34-48.
2. domeniul pârghie conține două situsuri de atașare pentru lanțurile ușoare (MLC1 și MLC2)
* Porțiunea liniară (restul lanțului greu) formează corpul (spiralat) și reprezintă:
3. domeniul coadă, în continuarea capătului globular, formează filamentul gros al sarcomerului.
Fiziopatologia ICSarcomerul –
Proteine contractile și reglatorii
II) 4 lanțuri ușoare (myosine light-chains - MLC)
- ELC (essential light chains)/MLC1, rol structural: se află în contact direct cu filamentul de
actină → poziționează optim capătul globular al miozinei în raport cu filamentul de actină
- RLC (regulatory light chains)/MLC2, rol modulator: reglează interacțiunea miozinei cu actina
Walck-Shannon E, Hardin J: Cell intercalation from top to bottom. Nature Reviews
Molecular Cell Biology. 2014. 15: 34-48.
* Există compuși (ex: levosimendan)
care induc creșterea afinității pentru Ca2+
a miofilamentelor → creșterea forței de
contracție → efect inotrop pozitiv.
# Actina: proteină contractilă, structură globulară, existentă în două forme, G și F.
Actina G (globuloasă) polimerizează → actina
F (filamentoasă) → lanțuri de unități repetitive
Filamentele subţiri sunt formate din 2 lanţuri de
actină F dispuse în α helix și asociate cu
proteine reglatoare:
- tropomiozina;
- complexul troponinic.
Actina:
- nu prezintă activitate enzimatică intrinsecă;
- prezintă situsuri de legare a miozinei;
- se poate combina reversibil cu miozina, în
prezenţa ATP şi a Ca2+ .
* Creșterea [Ca2+]IC → activarea ATP-
azei mioziniceElsevier Ltd. Boron & Boulpaep:Medical Physiology, Updated Edition ATPase-based identified muscle fiber types and myosin heavy chain isoforms
Fiziopatologia ICSarcomerul –
Proteine contractile și reglatorii
- Troponina I (TnI), în contact cu actina,
inhibă situsul actinei de legare cu miozina
→ inhibă interacțiunea actină-miozină
- Troponina C (TnC) leagă Ca2+ din
citoplasma miocitului → apar astfel
modificări conformaționale ale
tropomiozinei → eliberarea situs-ului actinei
de legare cu miozina → este posibilă/are loc
interacțiunea actină-miozină → scurtarea
fibrei miocardice şi/sau dezvoltarea tensiunii
- Troponina T (TnT) leagă complexul
troponinic de tropomiozină.
Elsevier Ltd. Boron & Boulpaep:Medical Physiology, Updated Edition ATPase-based identified muscle fiber types and myosin heavy chain isoforms
Filamentele subțiri de actină sunt însoțite de un filament de tropomiozină, proteină pe suprafața căreia
se leagă complexul troponinic format din:
Fiziopatologia ICSarcomerul –
Proteine contractile și reglatorii
Suportul biochimic al activării contracției îl
reprezintă hidroliza ATP.
În prezenţa ATP, punțile/legăturile dintre actină
şi miozină se formează şi se desfac, în funcţie de
nivelul Ca2+ intracitoplasmatic.
Ca2+ este principalul mediator al inotropismului
cardiac.
Fiziopatologia ICSarcomerul –
Proteine contractile și reglatorii
Forța de contracție a fibrei miocardice este direct proporțională cu numărul de punți (de interacțiuni)
acto-miozinice care se formează în urma creșterii [Ca2+]IC.
Etapele cuplării excitaţie-contracţie
Chapter 13- Cardiac function.2011 Pearson Education Inc. [Online]
1. Curentul de depolarizare
(CD) se răspândeste, prin
gap junction, spre celula
contractilă.
2. CD trece de-a lungul
membranei plasmatice si
tubilor T.
3. Canalele de Ca2+ se
deschid, în membrana
plasmatică și în RS.
→ Apare un influx lent de
Ca2+, din ECF, prin canale
de Ca2+ tip L.
Etapele cuplării excitaţie-contracţie
4. Ca2+ induce eliberarea de
Ca2+ (calcium-induced calcium
release) de la nivelul RS
→ Rezultatul acestor
evenimente este creșterea
[Ca2+]IC.
* Iniţierea contracției necesită
două surse de Ca2+:
- extracelulară (din ECF) şi
- intracelulară (din RS)
5. Ca2+se leagă de troponină
expunând situsurile de legare
cu miozina.
→ Legarea Ca2+ la TnC →
modificări conformaționale
tropomiozină → deplasarea
TnI → eliberare situs actină de
legare cu miozina → are loc
interacţiunea actină-miozină.Chapter 13- Cardiac function.2011 Pearson Education Inc. [Online]
Etapele cuplării excitaţie-contracţie
6. Se formează punti actină-
miozină → fibra musculară se
contractă
→ Capul miozinic
interacţionează cu actina,
filamentele de actină se
deplasează în interior, prin
"flectarea" capului miozinei
spre centrul sarcomerului,
liniile Z se apropie și
sarcomerul se scurtează.
7. Ca2+ este transportat activ în
RS și ECF.
→ Rezultatul este scăderea
[Ca2+]IC
8. Tropomiozina blochează
situsurile actinei de legare cu
miozina → fibra musculară se
relaxează. Chapter 13- Cardiac function.2011 Pearson Education Inc. [Online]
Presarcina
Presarcina reprezintă încărcarea ventriculară existentă la sfârşitul diastolei care determină lungimea de repaus a fibrei miocardice (lungimea sarcomerului înainte de începerea contracției) și tensiunea dezvoltată de întinderea fibrei.
Presarcina se corelează cu gradul de suprapunere a miofilamentelor deci cu numărul de interacțiuni actină - miozină realizate în sistola care urmează. Presarcina se corelează cu forța de contracție.
Autoreglare heterometrică: reglarea forţei de contracţie a miocardului ventricular prin modificarea lungimii fibrei miocardice (prin modificarea presarcinii)
Presarcina este un parametru diastolic.
Presarcina reflectă presiunea de umplere ventriculară, respectiv, gradul de distensie ventriculară.
* Alungirea mușchiului cardiac se realizează prin:
- creșterea presarcinii – parametru diastolic;
- creșterea postsarcinii – parametru sistolic.
Fiziopatologia ICPresarcina
# Relația Lungime (L) –Forță (F)/Tensiune (T) la nivelul fibrelor miocardice
* Relația L – Forță (F) activă (măsurată în timpul contracției - sistolă)
Relația între L sarcomerului (presarcina) și F activă dezvoltată de fibra
miocardică în cursul contracției
* Relația L - Tensiune (T) pasivă (măsurată în repaus - diastolă)
Relația între L sarcomerului (presarcina) și T pasivă dezvoltată de întinderea
fibrei miocardice în repaus
# Mecanismul Frank-Starling la nivel de pompă cardiacă
* Relația dintre VTD/VED (presarcina pompei cardiace) și DS exprimă performanța sistolică a cordului
Această relație reprezintă relația L -F activă descrisă la nivelul fibrei miocardice, transpusă la nivel de pompă cardiacă
* Relația dintre VTD (presarcina pompei cardiace) și presiunea end-diastolică (PED) exprimăperformanța diastolică a cordului, respectiv, complianța miocardului ventricular
Această relație reprezintă relația L -T pasivă descrisă la nivelul fibrei miocardice, transpusă la nivel de pompă cardiacă
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
Relația Lungime (L) –Forță (F)/Tensiune (T) la nivelul fibrelor miocardice
* Relația L – F activă (măsurată în timpul contracției - sistolă)
Relația L (presarcină) – F activă și T pasivă
Relația între L sarcomerului (presarcina) la începutul
contracției și F activă dezvoltată de fibra miocardică în
cursul contracției arată:
- la o lungime 1,8-2,2µm → F activă
este direct proporțională cu presarcina;
- lungimea 2,2µm este optimă → F activă
este maximă;
- pe măsură ce L sarcomerului (presarcina)
crește, peste 2,2-2,4µm → F activă scade
→ tinde spre 0.
# Creșterea lungimii sarcomerului (presarcina) de la 1,8
la 2,2µm → rezerva de presarcină
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
- În condiţii fiziologice, pe măsură ce creşte presarcina,
creşte şi performanţa cardiacă (volum bătaie/DS) până la
o valoare maximă. Dacă presarcina crește în continuare,
DS scade progresiv.
- În IC secundară disfuncţiei sistolice (cu scăderea
contractilității), pe măsură ce crește presarcina, crește și
DS dar în măsură mai mică decât în condiții fiziologice
→ aspectul curbei se păstrează.
! În IC sistolică performanţa cardiacă este scăzută, la
orice nivel al presarcinii.
Această relație arată influenta exercitată de modificarea lungimii iniţiale a sarcomerului (presarcina)
asupra capacităţii fibrei miocardiace de a dezvolta F activă și este valabilă atât în condiții fiziologice cât
și în condiții patologice (IC).
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
- acţiunea factorilor inotrop pozitivi
(adrenalina, SNVS, ß-agoniști, tonicardiace,
inhibitori fosfodiesterază, creșterea Ca2+ etc.)
→ forța de contracție crește → curba se
deplasează în sus;
- acţiunea factorilor inotrop negativi (Ach,
SNVPS, ß-blocante, blocante canale Ca,
ischemie, acidoză, hiperK) → forța de
contracție scade → curba se deplasează în jos.
Efectele agenților inotropi asupra curbei lungime - forță activă
La orice valoare a lungimii sarcomerului (la orice valoare a presarcinii), forţa de contracție a fibrei
miocardice poate fi modificată de factorii inotropi:
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
Astfel, DC poate crește prin:
- creșterea VTD/VED, prin mecanism Frank-Starling (adaptarea cardiacă la scăderea DC);
- creșterea contractilității miocardice și/sau a frecvenței cardiace (efecte ale stimulării beta-adrenergice).
* Relația lungime-tensiune pasivă (măsurată în repaus - diastolă)
Relația L - T pasivă (măsurată în repaus - diastolă) poate fi explicată prin proprietățile vâsco-elastice ale miocardului (elasticitatea titinei)
Titina
Filamentele de titină (conectină):
- leagă moleculele de miozină de liniile Z → rol structural (susţin miozina)
- generează elasticitate.
Titina prezintă 2 segmente:
- un segment de ancorare, inextensibil;
- un segment elastic (se alungeşte pe măsură ce creşte lungimea sarcomerului).
Adaptat după; Trombitas K, Jan-Ping J, Granzier H: The mechanically active domain of titin in cardiac muscle, 2004
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
- L sarcomerului până la 1,8µm → segment elastic pliat → T pasivă scăzută → miocard compliant (distensibil)
* Complianţa ventriculară normală permite păstrarea rezervei de presarcină (la o umplere ventriculară normală, fibrele miocardice se alungesc dar sarcomerul păstrează lungimea -1,8μm)
→ există rezerve de contractilitate
Adaptat după; Trombitas K, Jan-Ping J, Granzier H: The mechanically active domain of titin in cardiac muscle, 2004
Elasticitatea titinei explică relaţia între L sarcomerului (presarcina) și T pasivă dezvoltată în fibra miocardică în repaus (în diastolă), conform căreia:
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
- L sarcomerului crește până la 2,2µm → segmentul elastic pliat al titinei se întinde → T pasivă crește puțin →miocard încă distensibil (miocard compliant)
* când L sarcomerului ajunge la 2,2 μm, au fost utilizate rezervele de presarcină → forţă de contracţie maximă
Adaptat după; Trombitas K, Jan-Ping J, Granzier H: The mechanically active domain of titin in cardiac muscle, 2004
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
- L sarcomerului peste 2,2-2,4µm → segment elastic mult întins → T pasivă crește exponențial → miocard rigid
! La nivelul fibrei miocardice:
- F activă (forța de contracție) este
dependentă de interacțiunea actină-
miozină;
- T pasivă este dependentă de forțele elastice.
Adaptat după; Trombitas K, Jan-Ping J, Granzier H: The mechanically active domain of titin in cardiac muscle, 2004
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
Particularitățile structurale ale sarcomerului explică relația Lungime-Tensiune/Forță (mecanismul
Frank-Starling)
1. L sarcomerului sub 1,8µm:
a. există suprapunere dublă a filamentelor de actină →
F activă scăzută;
* Reducerea L sarcomerului (presarcină)
sub 1,8 μm induce scăderea forței de
contracţie miocardică.
b. elasticitatea este păstrată → T pasivă scăzută →
miocard compliant
2. L sarcomerului 2,2µm:
a. filamentele de actină și miozină au cea mai mare
suprafaţă de interacţiune → F activă maximă
* L optimă a sarcomerului, la care este
generată o forță de contracţie maximă, este
2,2µm.
b. elasticitatea este păstrată → T pasivă scăzută →
miocard compliant
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
3. L sarcomerului peste 2,2-2,4µm:
a. gradul de suprapunere a filamentelor de actină şi
miozină este redus → scade numărul de punți
→ F activă scăzută
* Creșterea L sarcomerului (presarcină)
peste 2,2 μm induce scăderea forţei de
contracţie miocardică.
b. pierderea elasticității → T pasivă crește exponențial
→ miocard rigid
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
Conform acestei relații care exprimă performanța sistolică a cordului:
- în repaus, cordul funcționează cu un VTD de repaus (corespunde unei lungimi a sarcomerului 1,8μm = lungime suboptimală) → DC de repaus
- creșterea VTD (prin umplere ventriculară suplimentară) → crește forța de contracție → crește DC → DC maxim
* Rezerva funcțională cardiacă: între DC de repaus și DC maxim.
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
Mecanismul Frank-Starling la nivel de pompă cardiacă
* Relația dintre VTD/VED (presarcina pompei cardiace) și DS
# Această relație reprezintă relația L - F activă de la nivel de fibră miocardică, transpusă la nivel de pompă cardiacă.
* Relația dintre VTD (presarcina pompei cardiace) și presiunea end-diastolică (PED)
# Această relație reprezintă relația L -T pasivă de la nivelul fibrei miocardice, transpusă la nivel de pompă cardiacă.
Conform acestei relații care exprimă performanța diastolică a
cordului, respectiv complianța miocardului ventricular,
în cursul umplerii ventriculare:
- la valori ale VTD ce induc alungirea sarcomerelor
între 1,8-2,2µ, PED este ușor crescută dar
complianța ventriculară este normală;
- la valori ale VTD ce induc alungirea sarcomerelor
peste 2,2-2,4µ, PED crește exponențial →
complianța ventriculară scade → miocard rigid.
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
Mecanismul Frank-Starling explică:
- Creșterea VTD (presarcină) până la o valoare ce corespunde L sarcomerului între 1,8-2,2µ induce creșterea forței de contracție miocardică → creșterea DS
- Creșterea VTD peste L sarcomerului de 2,2-2,4µ induce:
→ scăderea forței de contracție miocardică
→ scăderea complianței ventriculare (miocard rigid)
- Scăderea VTD → scăderea forței de contracție miocardică
→ scăderea DS
! Există forme de insuficienţă cardiacă prin:
- creşterea presarcinii;
- scăderea presarcinii
- scăderea complianței ventriculare
Fiziopatologia ICPresarcina
Mecanismul Frank-Starling (relația Lungime-Tensiune/Forță)
VTD (presarcina) depinde de:
• gradientul de presiune atrio-ventricular
• sistola atrială;
• complianţa ventriculară;
• starea valvelor atrioventriculare
• starea pericardului/a cavității pericardice
• durata diastolei ventriculare;
• volumul rezidual sistolic (VRS);
• volumul sanguin total
• distribuţia volumului sanguin
• contractilitatea VS
* în timpul contracţiei, fibrele miocardicese scurtează și acumulează o forţă elastică = forţa de resort intern → în diastolă, aceastăforţă se eliberează brusc și produce o forţă de sucţiune a sângelui din atrii → este favorizatăumplerea ventriculară
•http://knol.google.com/k/syncope-fainting
Fiziopatologia ICPresarcina
Gradientul de presiune atrio-ventricular are o valoare de aproximativ 10 -12 mm Hg.
# La realizarea acestuia, sistola atrială participă în proporţie de aproximativ 20%.
* În condiții normale, dacă sistola atrială este afectată (fibrilaţie atrială, flutter atrial), gradientul de presiune atrio-ventricular nu se modifică semnificativ.
# Complianţa/distensibilitatea ventriculară contribuie în proporţie mai mare (aproximativ 75-80%) la realizarea gradientului de presiune atrio-ventricular.
Fiziopatologia ICPresarcina
- Gradientul de presiune atrio-ventricular -
http://knol.google.com/k/syncope-fainting
* Miocardul ventricular cu complianţă normală
Umplerea ventriculară cu un anumit volum de sânge (VTD) se face fără ca presiunea intraventricularăsă se modifice semnificativ.
* Miocardul ventricular cu complianţă scăzută
Cauze:
- infarctul miocardic întins (fibroză post-infarct) → scade elasticitatea peretelui ventricular
- hipertrofiile ventriculare (de tip concentric) → crește grosimea peretelui ventricular
- creşterea rigidităţii ventriculare (afectare interstițială)
Consecințe:
- scăderea VTD (presarcina) → scăderea forţei de contracţie → scăderea DS şi a DC
- presiune de umplere ventriculară crescută
Fiziopatologia ICPresarcina
- Gradientul de presiune atrio-ventricular -
Durata diastolei ventriculare
VTD depinde de durata fazei izotone a diastolei (timpul efectiv de umplere diastolică).
Reducerea duratei diastolei (în tulburări de ritm cu frecvență înaltă) → scăderea VTD → scăderea forţei de contracţie ventriculară → scăderea DS şi a DC.
Volumul rezidual sistolic (VRS)
În condiţii fiziologice, după sistola ventriculară, în ventricul rămâne o cantitate de sânge neejectat
(VRS).
Valoarea VRS depinde de:
a) contractilitatea miocardului ventricular (cu cât este mai mare, VRS este mai mic);
c) postsarcină (cu cât este mai mare, VRS este mai mare).
Fiziopatologia ICPresarcina
- Durata diastolei ventriculare -
# VRS poate influenţa VTD prin efectul pe care îl exercită asupra gradientului de presiune atrio-ventricular
- VRS mic: gradient de presiune atrio-ventricular crescut → este favorizată umplerea ventriculară → VTD crescut → forță de contracţie crescută.
- VRS mare: gradient de presiune atrio-ventricular mai redus → VTD mai scăzut → forţă de contracţie mai scăzută
# Pe de altă parte, în condiții de întoarcere venoasă normală, un VRS mare poate induce creșterea VTD.
La următoarea sistolă, crește forța de contracție ventriculară (prin mecanism Frank-Starling).
http://knol.google.com/k/syncope-fainting
Fiziopatologia ICPresarcina
- Volumul rezidual sistolic (VRS) -
Influența VRS asupra VTD și, implicit, asupra forţei de contracţie a miocardului ventricular
Volumul sanguin total (VST) și distribuţia VST
Scăderea VST poate apărea în condiţii de deshidratare, prin:
- pierderi de sânge;
- pierderi de plasmă;
- pierderi hidro-electrolitice.
Consecințe:
scăderea întoarcerii venoase → scăderea presarcinii (VTD) → scăderea performanţelor cardiace
(scad DS și DC).
În condiţiile unui VST normal, presarcina (VTD) este influenţată de distribuţia sângelui între sectoarele intratoracic şi extratoracic, dependentă de:
• presiunea intrapleurală;
• presiunea intrapericardică;
• tonusul venos;
• activitatea de pompă a muşchilor scheletici.
Fiziopatologia ICPresarcina
- Volumul sanguin total (VST) -
* Presiunea intrapleurală
Presiunea intrapleurală negativă (în timpul inspirului) favorizează întoarcerea venoasă → este favorizată umplerea ventriculară → VTD crescut.
* Creşterea presiunii intrapleurale (pneumotorax) → scade întoarcerea venoasă → VTD scăzut → scad DS și DC
* Presiunea intrapericardică
Presiunea intrapericardică negativă/valori pozitive mici favorizează întoarcerea venoasă → este favorizată umplerea ventriculară → VTD crescut.
* Creşterea presiunii intrapericardice (tamponada cardiacă) → scade întoarcerea venoasă → VTD scăzut → performanţă cardiacă scăzută
Fiziopatologia ICPresarcina
- Distribuția volumului sanguin -
* Tonusul venos
Activitatea musculaturii netede din pereţii venelor este influenţată de stimuli umorali şi nervoşi.
Venoconstricţie → scade volumul sanguin extratoracic şi creşte volumul sanguin intratoracic (şi intraventricular) → creşterea VTD și a performanţelor cardiace
* Activitatea de pompă a muşchilor scheletici
Contracţia muşchilor scheletici (efort fizic) pompează sângele în sistemul venos → creşterea întoarcerii venoase, a VTD şi a performanţelor cardiace.
Fiziopatologia ICPresarcina
- Distribuția volumului sanguin -
Postsarcina
# La nivelul fibrei miocardice
Postsarcina se reflectă în presiunea intraventriculară (PIV) care
alungeşte fibrele miocardice şi se opune scurtării acestora.
Postsarcina este forţa/rezistența pe care fibrele miocardice o
înving în momentul scurtării (în timpul fazei izotone a sistolei
ventriculare).
Fiziopatologia ICPostsarcina
http://knol.google.com/k/syncope-fainting
# La nivelul pompei cardiace
Postsarcina se reflectă în tensiunea intramiocardică (TIM) sauintraparietală (tensiunea dezvoltată în peretele ventricular în timpul sistolei).
Postsarcina reprezintă suma forţelor care se opun ejecţieisângelui în sistemul arterial, în timpul sistolei ventriculare.
Postsarcina este un parametru sistolic (wall stres)
Relaţia Laplace:
TIM = (PIV x R) / 2 x GPV
TIM variază în funcţie de:
- presiunea intraventriculară (PIV);
- volumul intraventricular, exprimat prin raza (R) a cavităţii ventriculare (o rază mare oferă o suprafaţă mare de acţiune);
- grosimea peretelui ventricular (GPV); la nivelul unui perete ventricular gros, există un număr mare de unităţi contractile.
Fiziopatologia ICPostsarcina
- Fibrele miocardice trebuie să dezvolte o forţă contractilă suficient de mare pentru a învinge suma forţelor care se opun ejecţiei sângelui în sistemul arterial, în timpul sistolei ventriculare, dar şi pentru a realiza această ejecţie.
- Consumul energetic necesar poate fi asigurat de cantitatea de ATP rezultată din metabolismul aerob al fibrelor miocardice, doar în condiții de perfuzie coronariană adecvată.
- Postsarcina este determinantul consumului miocardic de oxigen !
* În condiţii fiziologice, în timpul sistolei ventriculare, TIM nu se modifică.
TIM = (PIV x R) / 2 x GPV
Pe măsură ce PIV creşte, R scade (efect al modificării dimensiunilor cordului), iar GPV creşte→ este anulat (în mare măsură) efectul creşterii PIV
* În condiţii patologice (dilataţie ventriculară, stenoză aortică,HTP etc.), în timpul sistolei ventriculare, TIM creşte → efectdefavorabil asupra performanţelor cardiace
Fiziopatologia ICPostsarcina
Efectele creșterii TIM:
1. scăderea DS și creșterea VRS
2. deficitul de oxigen:
- creşterea travaliului fibrelor miocardice → creşterea necesarului de oxigen (acesta nu poate fi in toate cazurile asigurat);
- creşterea PIV are efect negativ asupra perfuziei coronariene
* structurile vasculare subendocardice sunt comprimate
* în cazuri severe, poate scădea şi perfuzia miocardului de lucru.
! Creşterea TIM induce un dezechilibru între:
- necesarul de oxigen (crescut); - oferta de oxigen prin debitul coronarian (scăzută).
* Mecanismul compensator în condițiile creșterii postsarcinii este hipertrofia ventriculară (crește GPV).
TIM = (PIV x R) / 2 x GPV
Fiziopatologia ICPostsarcina
Frecvenţa cardiacă (FC)
Între FC și DC există o relație de directă proporționalitate (creșterea FC induce creșterea DC).
DC = DS x FC
Creșterea DC se poate face prin:
- creșterea DS:
a. prin utilizarea rezervei sistolice a cordului (prin efect inotrop pozitiv) → crește forța de contracție → crește fracția de ejecție (FE)
b. prin utilizarea rezervei diastolice a cordului (mecanism Frank-Starling) → crește VTD → crește forța de contracție
- creșterea frecvenței cardiace - FC
Fiziopatologia ICFrecvența cardiacă
* La nivelul fibrei miocardice, creșterea FC poate induce creșterea forței de contracție (a inotropismului). Acest fenomen (Efectul Bowditch) se explică prin persistența nivelului crescut al [Ca2+]IC.
Autoreglare homeometrică: reglarea forței de contracție a miocardului ventricular, independent de L fibrei
# În condiții normale, mecanismele de scădere a [Ca2+]IC sunt:
- efluxul Ca2+ din celulă
- prin ATP-aze din membrana celulară (PMCA-plasma
membrane Ca2+-ATP-ase)
- prin canalul de schimb Na/Ca, NCX (natrium-calcium
exchanger) care expulzează un Ca2+ la schimb cu 3 Na+
* NCX și funcționează cuplat cu Na/K-ATP-aza miocitară (pompează 3 Na+ EC și 2 K+ IC, pentru fiecare moleculă de ATP consumat). NCX folosește gradientul de Na astfel realizat pentru transportul EC al Ca2+.
- recaptarea Ca2+ de către RS, prin pompa de Ca ATP-dependentă = SERCA 2a (sarco-endoplasmic-reticulum-Ca2+- ATP-aza)
.
Fiziopatologia ICFrecvența cardiacă
# În condiții de FC crescută, persistența nivelului crescut al [Ca2+]IC se poate explica prin:
- scăderea efluxului Ca2+ deoarece pompele ionice membranare sunt depășite
Ex: este depășită capacitatea Na/K-ATP-azei miocitară de a expulza Na+, cu scăderea gradientului de Na și, secundar, a activității NCX (mecanism celular important ce asigură efluxul rapid de Ca2+).
- scăderea timpului disponibil pentru recaptarea Ca2+IC de către pompa RS (SERCA2a)
Efecte ale persistenței nivelului crescut al [Ca2+]IC:
- nivelul crescut de Ca2+ la nivelul miofilamentelor are efect inotrop pozitiv
- nivelul crescut al [Ca2+]IC afectează relaxarea miocardică și, implicit, contracția miocardică
! Funcționarea corectă a mecanismelor de scădere a [Ca2+]IC are rol, concomitent, în menținerea:
- efectului lusitrop (relaxare miocardică, specifică diastolei);
- efectului inotrop (contracție miocardică, specifică sistolei).
Fiziopatologia ICFrecvența cardiacă
* La nivelul pompei cardiace
- creşterea FC până la 140 – 160 bătăi/minut determină creșterea DC
- creșterea FC peste 160 bătăi/min induce:
- scăderea duratei diastolei → scade timpul de umplere ventriculară → scadeVTD → scade DS → scade forța de contracție → scăderea performanțeisistolice
! La o FC peste 160 bătăi/min, efectul de creștere a contractilitățiipoate fi limitat de scăderea duratei diastolei, cu scăderea VTD.
- alterarea relaxării fibrei miocardice → scăderea performanței diastolice
! Creşterea frecvenţei cardiace induce creșterea necesarului de oxigen la nivel miocardic.
Fiziopatologia ICFrecvența cardiacă
2. creșterea VTD (mecanism Frank-Starling) → rezerva
funcțională cardiacă scade
* compensarea/adaptarea cordului la scăderea
DC poate fi:
- eficientă, la un VTD ce corespunde
L sarcomerului (pesarcină) până la 2,2µ;
- ineficientă, la un VDT mult crescut
(sarcomer peste 2,2-2,4µ) ce induce
- forță de contracție scăzută;
- creștere excesivă VTD →
creștere exponențială T pasivă
→ miocard rigid.
În evoluția IC cronice, odată cu dilatarea ventriculară progresivă,
scade rezerva funcțională cardiacă.
Creșterea DC se poate face prin:
1. creșterea forței de contracție (efect inotrop pozitiv) și a frecvenței cardiace (ex: prin stimulare ß-
adrenergică) → rezerva funcțională cardiacă se păstrează
* ex: creșterea DC în condiții de efort (adaptarea cordului normal la efort);