MU N I MED PATOFYZIOLOGIE CIRKULAČNÍHO ŠOKU Lékařská fakulta Masarykovy univerzity 1 Šok - definice • Těžká hypoperfúze tkání spojená se snížením dodávky kyslíku orgánům • Přítomnost systémové hypotenze (z různých příčin) • Neschopnost cirkulačního systému dodávat kyslík + živiny a odstraňovat metabolity —► orgánové poškozen —► selhání • P = Q x R Odpor cévního řečiště X R - systémová rezistence (hl. arteriol) - afterload X R [kg.s'.nrľ4]: vychází z úpravy Hagen-Poiseuillova zákona: R = 8xr|xd/7ix r4,kde: r| = viskozita d = délka úseku Tonus cévní stěny Vazodilatace 0 NO - tvořen v endotelu konstitutivní (eNOS) a inducibilní (iNOS syntázou) ° prostacyklin ° histamin 0 bradykinin 0 p02, pC02, pH ° adenosin ° katech olam i ny cGMRcAMP Vazokonstrikce ° endotelin ° ATM ° ADH ° katecholaminy 0 tromboxanA2 ° Ca2+ Srdeční výdej • Q ~ CO = SV x f • CO závisí na: a) funkci srdce b) žilním návratu (—>preload) ~ CO • a tedy i cirkulujícím volumu - fyziologicky regulace ledvinami (diuréza), při šoku ztráty i jinými cestami SV = EDV (enddiastolic volume) - ESV (endsystolic volume) • EF [%] = SV/EDV EF ale nevypovídá o diastolické funkci srdce (hodnocení relaxace myokardu tkáňovým dopplerem - např. E/e') • V praxi roste CO s f jen do cca 120/min - poté pokles kvůli krátké diastole, nízkému EDV a tím i S V Křivky srdeční a cévní funkce e 10 vi! normal cardiac function curve 6 - 4--- 2h 0 2 4 6 S right atrial pressure, mmHg 10 Změny křivek srdeční a cévní funkce E \- 1 1 5 I ■o O \ Ventricular lunction curve \ , Vol ume loading X or venoconslriction ŕ* X ( ^ Volume \ depletion or \ - venodilatiorr i i i i \ Ve nou s return \ /\ curves v\ \ s X S ^ \ * 1 1 \d i N: ill 2 0 2 4 6 8 10 Venous pressure {mmHg) M 10r- Artenolar dilation 0 2 4 6 8 Venous pressure (mmHg) U vysokých tlaků v žílách (pravé síni) není průchod krve arteriolami „hrdlem láhve", význam dilatace / konstrikce pro CO je tak menší Preload a afterload u srdce • Laplaceův zákon pro napětí ve stěně koule: a = ^ , kde ^ P....tlak uvnitř koule r....poloměr vnitřku koule h....tloušťka stěny koule • Preload - napětí ve stěně (N.m2 = Pa - síla na plochu) před začátkem systoly ° Hlavním faktorem žilní návrat —> náplň srdečních komor • Afterload - nárůst napětí ve stěně během systoly ° Hlavním faktorem periferní odpor, u pravé komory odpor phcniho reciste Preload je vyšší u pravé komory, afterload u levé „Zájmy" srdce a perfundovaných tkání Systémová hypotenze je často spojena se snížením preloadu (např. masivní krvácení, těžké průjmy) a/nebo, afterloadu (např. anafylaxe, sepse) Z hlediska srdce jsou \|/ preload a \|/ afterload výhodné, z hlediska dodávky energie klíčovým orgánům mohou být spojeny s oběhovým selháním kvůli neschopnosti oběhového systému zajistit dostatečný perfúznítlak (šokové stavy) - kauzalita je ovšem mimosrdeční inzult -> \|/ preload nebo \|/ afterload (nebo i obojí-polytraumata) 0 Ale: srdce musí zajišťovat perfúzi i samo sobě Srdeční příčiny šoku 0 4/ inotropie 0 4/ lusitropie 0 4/TF Svalová práce srdce - P-V diagram: diagram u pravé komory P-V diagram a spotřeba energie LV Volume (ml) Pressure-Volume Area (mmHgml) • PE: potenciální energie • SW: tepová práce • MV02 ~ (PE + SW) x f P-V diagram v závislosti na preload a afterloadu Endsystolická P-V křivka Enddiastolická P-V křivka Inotropie a lusitropie inotropie („stažlivost") srdce - posouvá endsystolickou P-V křivku nahoru lusitropie („roztažitelnost") srdce -posouvá enddiastolickou P-V křivku dolů 0 i relaxace je v principu ATP-dependentní -odčerpání cytosolového Ca2+- to je ale stabilní, nezávislé na fázi cyklu \|/ inotropie či lusitropie zmenšuje plochu P-V diagramu (tj. snižuje se srdeční práce -následuje kompenzace RAAS a sympatikem spojená se zvýšením preloadu a afterloadu stejně jako při poklesu periferní rezistence či cirkulujícího volumu) Decreased inotropy kompenzace Limit Frank-Starlingova mechanismu (klesá aktivní síla stahu) 50/ 100 200 250 Period of filling Left ventricular volume (ml) Pasivní kontrakce elastickými vlákny - klesá schopnost relaxace Fáze šoku • Kompenzace vyvolávající příčiny • Dekom penzace • Refrakterní šok Kompenzační mechanismy a jejich limity •^Aktivace sympatiku (desítky sekund) • Aktivace RAAS (cca hodina) Vasokonstrikce (je-li možná - ale vede ke snížené dodávce krve) Vasodilatace ve vybraných orgánech jzejm. myokard) ^■ozitivně inotropní účinek sympatiku na srdce (je-li možný) - ale za cenu vyšších nároků na myokard • ZvýšenÍTF - ale při vysoké frekvenci CO klesá • Udržení cirkulujícího volumu snížením diurézy - ale za cenu akutního renálního selhání • Přesun tkání na anaerobní metabolismus - ale za cenu j ATP a f laktátu (acidóza) ^^trychlené dýchání - ale narůstá relativní podíl mrtvého prostoru vlivem mělkého dýchání při hypoperfúzi respiračních svalů • Posun saturační křivky hemoglobinu doprava (|2,3-DPG) • Hyperglykémie - ale utilizace Glc v • f f mm m f\S r periferii je snížena 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Srdeční frekvence (/min) Dekompenzace šoku • l diuréza • Hypoperfúze mozku - zhoršení mentálních funkcí • Akrocyanóza • Tachypnoe • „Zlatá hodinka" Šok na buněčné úrovni Mitochondriální dysfunkce (důsledek hypoxie) - snížená produkce ATP j| tvorba ROS dysfunkčními jmitochondriemi Belhání iontových pump (hl. Na/K ATP-ázy —> cytotoxický edém) fintracelulární Ca2+ iAktivace Ca2+-dependentních proteáz ILyzosomální abnormality - uvolnění lyzosomálních proteáz \l intracelulární pH, f laktát ° Podporují hyperpolarizaci svalových buněk otevřením K+ kanálů —> j vstup Ca2+ —> jkontrakce hladkých svalových buněk a kardiomyocytů I-,.. II. ■ ! I ■ Mítúchondrian 1_ •ítrw 1 OudJjiv* píiosphoryUíion i IATP I- i ku' pump i 1 fnttiie ol Ca1'- H.JO, »»N»- (Qlycogofi tUehe—»lpH tErtUíXOiK* ae,d I 1 1 SSL ggh Derar.tinipnU ot ritK*omes í fi i..-.. - plel drpuMlion ^ Refrakterní šok Bludné kruhy 1) Vazodilatace <-> hypoperfúze 0 Endoteliální buňky disponují dvěma izoformami syntázy oxidu dusnatého -konstitutivní (eNOS) a inducibilní (iNOS) 0 Při trvající hypoxii endoteliálních buněk je vystupňována aktivita iNOS (primárně fyziologický mechanismus) 0 Vzniklý NO tak prohlubuje hypotenzi 0 Laktacidóza —> hypotenze (laktát - prognostický faktor) 2) Hypoxie myokardu <->snížení kontraktility 0 Snížení perfúze myokardu vede k |CO, což dále snižuje koronárni průtok 0 Myokard nebenefituje z posunu saturační křivky hemoglobinu - extrakce kyslíku z krve je už fyziologicky na maximu 3) Hypoperfúze mozku <-> ^aktivity sympatiku 0 Snížení perfúze vazomotorického centra vede nejdříve k hyperaktivitě SNS, která je však vystřídána jeho útlumem 0 To vede k j perfúze mozku Další „bludné kruhy" v patogenezi šo * SIRS (systémový zánět) *DIC (systémová aktivace koagulace) Vicious cycle of shock Decreased cardiac Qu^ut^ 1 Venous M&labolic intracellular! Coronary return acidosis fluid loss perfusion 'DrcrKssd tissue perfusion Parenchyma] ceil injury CeHular / aggregation \ Endothelial acfivetioa" niicrocJrculatory damage Sauros! truniíarili FC, Andersen D K, ftillierTR, Dunn DL, HunbeťJG, Matthew B, Pollodi RE: Schválila Principles of ffiíng-eryi S4ŕt SJiHon i http ://:hvi,a tress medicine, ca in Copyright © Ths McGraw-Hill Conripanias^ [nc All rights reserved. Syndrom systémové zánětlivé odpovědi (SIRS) Systémová aktivace imunitních mechanismů Sama o sobě může vyvolat šok + multiorgánové selhání (vazodilatace, f vaskulární permeability) Příčiny: ° infekce (sepse) při šoku může být následkem poškození intestinální bariéry při hypoperfúzi GIT ° šok z neinfekčních příčin (difúzní poškození tkání při hypoxii) ° inkompatibilní transfúze ° radiační syndrom (zejm. GIT forma) Cévní reakce při SIRS Diseminovaná intravaskulární koagulopatie (DIC) • Systémová expozice trombinu • 2 fáze: 1) Tvorba mikrotrombů (s lokální ischémií) 2) Vyčerpání koagulačních faktorů a orgánové krvácení • Důsledek poškození cévní výstelky • Navíc zpomalení toku krve (urychluje koagulační reakce) • Zvláště častá u septického šoku Známky šoku (orientační) • systolickýTK < 90 mmHg • středníTK < 65 mmHg • laktát > 4 mmol/l • diuréza < 0,5 ml/kg/h • nekonstantně: ° Cl (= CO/povrch těla) < 1,8 (ne septický šok) ° TF > 100/min (ne šok při bradykardii, neurogenní šok) Formy šoku a) Hypovolemický šok („suchý a studený") - snížení cirkulujícího volumu a preloadu b) Distribuční („suchý a teplý") šok - snížení rezistence a afterloadu, CO může být zvýšený c) Kardiogenní („vlhký a studený") šok - snížení CO při poruše funkce srdce, městnání d) Obštrukční šok - snížení preloadu jedné z komor při normovolémii a následné snížení CO + městnání -patofyziologie obdobná kardiogennímu šoku (ale městnání je omezeno na polovinu oběhu) Křivky srdeční a cévní funkce u šoku Q [dm3.min"'] vasodilation eartfailure P [mmHg] v pravé síni Type of shock CO SVR PWP CVP Hypovolemic i T i i Cardiogenic 1 T T T Distributive T II 1 i Hypovolemický šok: kompenzace vazokonstrikcí a kardiálními mechanismy (ale: CO je limitován žilním návratem) Distribuční šok: kompenzace zejm. kardiálními mechanismy (vazokonstrikce zpravidla není možná) Kardiogenní (a obštrukční) šok: kompenzace vazokonstrikcí SVR = [(MAP - CVPyCO] x 80 Hypovolemický šok - příčiny • Akutní krvácení • Popáleniny, traumata ° Kombinace hypovolémie a vazodilatace • Rychlý vznik ascitu • Akutní pankreatitida • Těžká dehydratace 0 Zvracení, průjmy ° Excesivní diuréza (např. diabetes insipid Akutní ztráta krve • Oběhové změny (STK < 100 mmHg,TF > 100/min) při ztrátě 15% cirkulujícího volumu, šok u 30% cirkulujícího volumu • Bezprostředními prioritami udržení tkáňové perfúze (krystaloidy, koloidy) a zástava krvácení (pokud možno), poté krevní náhrady (erytrocyty + plasma + trombocyty) Distribuční šok - příčiny Anafylaktický šok ^Anafylaktoidní šok ° Účast mediátorů žírnych buněk, ale bez IgE ° Např. hadí jedy, rad i o kontrastní látky Septický šok ° Účast bakteriálních lipopolysacharidů ° Bakteriální toxiny ° IL-1 ,TNF-a - stimulují tvorbu PGE2 a NO Neurogenní šok ° Vazodilatace v důsledku poruchy vazomotorického centra nebo jeho drah Rozvoj anafylaktické reakce • SensibilizaceTh a B lymfocytů a produkce IgE • Opsonizace bazofilů a mastocytů ° vazba IgE na FcsR (I a II) • IgE-zprostředkovaná degranulace žírnych buněk a bazofilů po opakovaném kontaktu s alergenem ° uvolnění mediátorů primární (uskladněné) - HISTAMIN (zejména H, receptory) sekundární (tvořené) - PG, LTA, PAF, bradykinin, cytokiny,... ° efekty vazodilatace, kontrakce SMC (vč. bronchokonstrikce), Tpermeability kapilár, chemotaxe, tsekrece hlenu, agregace destiček Anafylaktická a anafylaktoidní reakce Anafylaxe ° závažná, systémová, potencionálně život ohrožující (tj. šok) reakce zpravidla po parenterálním přestupu alergenu ° léky, potraviny, hmyz, alergenové extrakty, latex ° projevy: sliznice, kůže: erytém, exantém, pru ritus, urtica, otoky resp. trakt: bronchokonstrikce, rýma, kýchání, nosní obstrukce, dráždění ke kašli, pocit cizího tělesa v hrdle GIT: zvracení, kolika, nucení na stolici, průjem KV systém: palpitace, tachykardie, hypotenze, arytmie urogenitální systém: inkontinence moče CNS: poruchy vědomí, křeče ° anafylaktoidní reakce: Účast mediátorů žírných buněk, ale bez IgE IgG, imunokomplexy, anafylatoxiny (C3a, C5a), myorelaxancia, opiáty, kontrastní látky, hadí jedy... SIRS a sepse sepsis s teps SEPSIS 2 SIRS + Confirmed or suspected infection SEPSIS Sepsis + Signs of End Organ Damage Hypotension (SBP <90) Lactate >4 mmol Severe Sepsis with persistent: Signs oi End Organ Damage Hypotension (SBP <90) Lactate >4 mmol Slides Courtesy of CurtisMerritt, D.O. https: //upl oad .wi ki media, o rg/wi ki pedia/ co mmons/ a/a d/Se psis_Ste ps.png ardiogenní šok - příčiny Infarkt myokardu Arytmie Chlopenní vady (např. ruptúra papilárních svalů) pekompenzace selhání při dilatační kardiomyopatii, restriktivní kardiomyopatii, amyloidóze... Přetížení srdce katecholaminy („tako-tsubo syndrom" Ikinéza hrotu + hyperkinéza báze) Ruptúra komorového septa Obštrukční šok - napr. srdeční tamponáda, masivní plieni embólie, disekce aorty Akutní srdeční selhání „dozadu" - RTG Plieni edém Bilaterální fluidothorax Orgánové komplikace při šoku Plíce I ARDS • Játra ° nekróza hepatocytů • GIT ° stresový vřed ° nekrotické poškození střevní sliznice —> sepse • Ledviny ° akutní renální selhání při konstrikci arteria afferens ° akutní tubulární nekróza při ischemii Syndrom dechové tísně dospělých (ARDS -„šoková plíce") ■feledek zánětlivého poškození plíce při SIRS, plicních infekcích, aspiraci žal. šťávy, tonutí Exsudativní fáze (v řádu hodin): uvolnění cytokinů, infiltrace leukocyty, plieni edém, destrukce pneumocytů typu I Proliferativní fáze: fibróza, t mrtvý prostor, proliferace pneumocytů typu II Reparativní fáze: l zánět, l edém, přetrvává fibróza, většinou trvalá plicní restrikce Normal Alveolus Alveolar air space Type I »II i ľ-.!! "Í!... basomont membrane tnicrciiiium injured Alveolus during the Acute Phase PrpTain-ricti edema fluid Slouching of bronchial epithelium Neqiglic or apopttlk: 1ype t cell Red cell Intact type II call Endothelial cell Endothelial basement membrane hasamun! membráno Hyaline membrane Migrating neutrophil /edematous interstiTium Redcefl Swollen, injured endothelial cells Fibrabiast Fibroblast "teulropliil Multiorgánová dysfunkce (MODS) • Porucha funkce více orgánů najednou (plíce, játra, GIT, ledviny, mozek, srdce) • Může se rozvinout i s odstupem (v řádu dní až týdnů) • Hypermetabolismus, katabolický stres • Může předcházet i následovat SIRS (primární vs. sekundární MODS) • Dysfunkce —► selhání Přetrvávající MODS jako adaptace? • 4/ mitochondrií ve tkáních • 4.T3 • Analogie hibernujícího myokardu (zde i \|/ kontraktilního aparátu a energetické spotřeby) • Genová exprese jako u hibernujících zvířat • Později možná úprava funkce Obecné zásady terapie • Léčba základní příčiny • Pozitivně inotropní látky, vazopresory (např. katecholaminy - ale: u obstrukce výtoku ze srdečních dutin mohou situaci zhoršit) • Koloidní roztoky, krystaloidní roztoky (ale: u kardiogenního šoku možnost vzniku edému) • °2 • i.v. kortikoidy (anafylaxe, SIRS?) • ATB (septický šok) • Mechanická podpora oběhu (kardiogenní šok) • Protišoková poloha (?) Krystaloidní x koloidní roztoky • Krystaloidy - roztoky iontů (nejlépe normochloremické) ° Nejsou alergenní, neovlivňují koagulaci • Koloidy - vysokomolekulárni látky (hydroxyethylškrob, želatina, albumin) ° Distribuce tekutin více do intravaskulárního prostoru Ale méně, než je teoreticky očekáváno -poškozený glykokalyx - určující pro reabsorpci vody Classic Starling equation 9 t Colloid osmotic pressure { Revised Starling equation t O Colloid osmotic pressure subglytoralyx space (g) Endothelium Mechanická podpora oběhu A B CD ECMO: Kaplan-Meierovy krivky 1.0 0.8- — I 0.6 > 0.4 CO 02 00 Log rank P < .001 ^— Cardiogenic — • Septic 1___ i — L _ I-1-1-r~ 0 3 6 9 7sT~ 15 16 2' 24 27 ~~30 Days from ECMO Implantation www.jtcvs.org/article/S0022-5223( 18)30906-1 /fulltext Trendelenburgova („protišoková") poloha 5-30° Zilní návrat Po kolapsu Dlouhodobě neefektivní Zavedení centrálního žilního katétru (podání oběhové podpory) Zhoršuje plicní ventilaci Cave kardiogenní šok, krvácení, t ICP