MUNI MED ■v r r r PATOFYZIOLOGIE SRDEČNÍHO SELHANÍ Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Srdce jako pumpa • Srdce je ústřední součástí krevního oběhu • Vypuzuje krev do plicního a systémového tepenného řečiště • Odpumpovává krev z vena cava superior et inferior a z plicních žil CO = SV (stroke volume) x f SV = EDV (enddiastolic volume) - ESV (endsystolic volume) EF [%] = SV/EDV Srdeční výdej odpovídá žilnímu návratu (4.CO při hypovolemickém šoku) Frank-Starlingův mechanismus: roztažení svalových vláken způsobí větší sílu svalového stahu (až k určitému vrcholu - při dalším roztažení síla klesá - Starlingova křivka SV/EDV) Mechanismy vedoucí k srdečnímu selhání Extrakardiální příčiny • 1^ preload • 1^ afterload Primární- kardiální příčiny • systolická dysfunkce (4/ inotropie) • diastolická dysfunkce (4/ lusitropie, tachykardie) • bradykardie • 1^ preloadu a/nebo afterloadu (chlopenní a zkratové vady) Preload a afterload u svalového vlákna • Preload (předtížení) - síla, potřebná k udržení svalového napětí před začátkem zkracování svalu (izometrická fáze) • Afterload (dotížení) síla, potřebná k izotonické kontrakci • Od kosterního svalu se srdeční sval liší výrazně vyšším pasivním napětím - při výrazném roztažení sice klesá aktivní síla svalu, ale pasivní síla roste - výsledná křivka délka-síla je tak trvale rostoucí • to platí i pro kosterní sval, ale v jeho pracovním rozmezí je pasivní síla zanedbatelná - po výrazném roztažení tak následuje pokles celkové síly Preload a afterload u srdce aplaceův zákon pro napětí ve stěně koule: O =-, kde: P....tlak uvnitř koule r....poloměr vnitřku koule H II h....tloušťka stěny koule K^^jjSI Preload - napětí ve stěně (N.rrv2 = 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 plicního řečiště Preload je vyšší u pravé komory, afterload u levé Svalová práce srdce - P-V diagram: J P-V diagram u pravé komory ;ÍIL|'-| vi! Mr ::n:.!- viihr........1 | P-V diagram a spotřeba energie O) x £ E a) (0 o > -1 25 50 75 100 125 150 LV Volume (ml) B 50i 25-i c E CM O > 20-15-10 Si 0 Actin-Myosin Uncoupling Ca2+ Cycling ;.....mmmmm, Basal Metabolism 0 5,000 10,000 15,000 Pressure-Volume Area (mmHgml) PE: potenciální energie SW: tepová práce MV02 ~ (PE + SW) x f Spotřeba energie na jednotku objemu myokardu odpovídá napětí ve stěně (o = hypertrofie) Pxr ; viz dále P-V diagram v závislosti na preloadu a afterloadu Endsystolická P-V křivka 200 o: I E E, 2> 10i =3 CO CO 2? CL > 0 1 Control í t Preload t l h Preload ■ t 1 - " * RK '15 100 LV Volume (ml) 200 200' Dl X E E, 2 100- =3 to to CL > T Afterload Control 1 j Afterload ■ 100 20C LV Volume (ml) Limit Frank-Starlingova mechanismu (klesá aktivní síla stahu) 0 50 ŕ 100 150 200 250 Period of filling Left ventricular volume (ml) Enddiastolická P-V křivka Inotropie a lusitropie 1^ inotropie („stažlivost") srdce - posouvá endsystolickou P-V křivku nahoru 1^ lusitropie („roztažitelnost")osrdce - posouvá enddiastolickou P-V křivku dolů • i relaxace je v principu ATP-dependentní - odčerpání cytosolovéno Ca2+- to je ale stabilní, nezávislé na fázi cyklu (HiilH Limit Frank-Starlingova mechanismu (klesá aktivní síla stahu) n|/ inotropie či lusitropie zmenšuje plochu P-V diagramu (tj. snižuje se srdeční práce - následuje kompenzace RAAS a sympatikem spojená se zvýšením preloadu a afterloadu a srdeční práce stejně jako při poklesu periferní rezistence či ■ejnej cirkulujícího volumu) V dlouhodobém hledisku jsou za rozvoj srdečního sel spoluzodpovedné i tyto kompenzační pochody Pasivní kontrakce elastickými vlákny klesá schopnost „Zájmy" srdce a perfundovaných tkání Zvýšení srdeční práce znamená vyšší spotřebu energie, avšak zvýšení cirkulujícího volumu/žilního návratu a periferního odporu je nutné k perfúzi klíčových orgánů (srdce, plíce, játra, ledviny...) Naopak, systémová hypotenze je často spojena se snížením preloadu (např. masivní krvácení, těžké průjmy) a/nebo, afterloadu (např. anafylaxe, sepse) Z hlediska srdce jsou 4/ preload a 4/ afterload výhodné, z hlediska dodávky energie klíčovým orgánům mohou být spojeny s oběhovým selháním kvůli neschopnosti oběhového systému zajistit dostatečný perfúznítlak (zejm. v mozkové cirkulaci - šokové stavy) • Ale: srdce musí zajišťovat perfúzi i samo sobě Regulace cirkulujícího volumu (preload) • 1^ preload při ^ systolickém volumu - posun ledvinné funkční křivky • Většina látek posouvajících ledvinnou funkční křivku doprava má zároveň vasokonstrikční účinky, ty, co posouvají křivku doleva jsou často vazodilatancia 100 150 řední arteriáiní tlak (mm Hg) angiotenzin II sympatikus aldosteron ADH, endotelin tromboxan Regulace systémového periferního odporu (afterload) Vazodilatace • NO - tvořen v endotelu konstitutivní (eNOS) a inducibilní (iNOS syntézou) • cGMP, cAMP • prostacyklin • katecholaminy • histamin • bradykinin • p02, pC02, pH Vazokonstrikce • endotelin • ATM • ADH • katecholaminy • tromboxanA2 afterload při ^ periferní rezistenci - systémová vazokonstrikce rezistenčních arteriol Dilatace u akutní srdeční nedostatečnosti akutní reakce srdce následek zvýšení enddiastolického volumu umožňuje využití Frank-Starlingova mechanismu u akutního srdečního selhání, ale za cenu vyšších energetických nároků typicky reakce na | preload, dekompenzace srdečního selhání Renální kompenzace hypotenze zvyšuje preload! • srdce produkuje natriuretické peptidy, aby zvýšilo diurézu ardiac oulpul (l/min) Cardiac outpul (l/mín) 1 Glume -2 0 2 4 6 8 10 -2 0 2 4 6 8 10 Central venous pressure (mm Hg) Central venous pressure (mm Hg) www.lecturio.com/concepts/venous-function/ Decreased kompenzace ^Decreased! lusitfopy Concentric hypertrophy (550 g) Hypertrophic cardiomyopathy Dilation without hypertrophy (300 g) Eccentric hypertrophy (650 g) Remodelace srdce (buněčná úroveň) ■ Reakce na přetížení Do přetížených kardiomyocytů se dostávají proliferační faktory (katecholaminy, angiotesin II, aldosteron, ADH, endotelin-1...) Exprese fetálních genů (protoonkogeny) —»fetální fenotyp • kratší akční potenciály • závislost kontrakce na extracelulárním Ca2+ (pomalé odstraňování —► přetížení vápníkem) Hypertrofie kardiomyocytů (nemění se jejich počet) Hypoxie při relativním nedostatku krevního zásobení (pokles koronárni rezervy) • f spotřeba 02 • komprese mikrovaskulatury • hypoxie mění tvar akčních potenciálů některých buněk —► riziko arytmií • apoptóza —► náhrada myokardu vazivem -> porucha inotropie i lusitropie (bludný kruh) • autofagie - „záchranný program" (pokles energetické spotřeby cestou snížení metabolické přeměny a kontraktilní funkce) Hypertrofie hladkých svalových buněk —► | rezistence (včetně koronárních cév) Remodelace srdce při chronicky ^ preloadu a afterloadu • Objemové přetížení -excentrická hypertrofie (s dilatací - napr. regurgitační vady, levopravý zkrat) • napětí ve stěně je vysoké rLaolaceův zákonk ale roste • Tlakové přetížení -koncentrická hypertrofie (bez dilatace - např. stenoticke vady, hypertenze) • klesá napětí ve stěně - 4. spotřeba 02, nízká lusitropie zapojení sarkomer • Poměr h/r fyziologicky 0,3 - 0,4, vyssi pn zatezi • Nad 1,5 nebo pod 0,2 klesá CO • Koncentrická: hypertrofická kardiomyopatie • Smíšená: ICHS, reaktivní hypertrofie po í infarktu myokardu (excentrická v ischemické § oblasti, koncentrická v nepostižené části srdce g - tj. kombinace systolické a diastolické £ dysfunkce) g • Vrcholový sport: excentrická u vytrvalostních 1 disciplin, koncentrická u silových (CAVE anabolika) - obvykle reverzibilní | • velká koronárni rezerva e » Weeks et al., Physiology, 2011 Proč (koncentrická) hypertrofie nakonec nesnižuje spotřebu 02 myokardem • a = x / 2h • když napětí ve stěně (tj. potřeba generovat větší tlak bránicí rozpětí svaloviny při přetížení) a tím i MV02 vzroste, hypertrofie iniciálně kompenzuje a snižuje MV02 • ale iak se dále celková masa mvokardu zvětšuje, MV02 dále rovněž roste patologická hypertrofie není provázena adekvátním "zhuštěním" koronárního řečiště Biochemické změny u srdečního selhání • Tkáňová hypoxie • Útlum energetického metabolismu (4/ATP a kreatin fosfát) • Snížená utilizace mastných kyselin, později i glukózy • t ROS Kj,pH • 'hCa2* v cytosolu • Zvyšuje energetickou spotřebu - bludný kruh Systolické a diastolické srdeční selhání Systolické (se sníženou ejekční frakcí) • Porucha inotropie . rr ... ... EDV -ESV • 4/EF diagnostikovaná jako-, a J EDV nejčastěji pomocí USG • Častější u mužů, mladších nemocných, jedinců s DKMP • Častěji progreduje do terminálního srdečního selhání Diastolické (se zachovanou ejekční frakcí - cave chlopenní vady) • Porucha lusitropie • Diagnóza pomocí dopplerovské USG: I^E/e' (průtok mitrální chlopní / pohyb mitrálního anulu na začátku diastoly) - krev je do komor spíše „tlačena" než „sána" • Častější u žen, starších nemocných, hypertoniků, HKMP, RKMP, tachykardií • Výskyt systolického a diastolického selhání cca 60:40, často i kombinace - typicky ICHS Srdeční selhání - systémové efekty Levostranné selhání • dozadu (backward) • ^hydrostatický tlak v plicních kapilárách -> edém plic • respirační selhání, pleurální výpotek (transsudát) • plieni hypertenze -> sekundární pravostranné selhání • dopředu (forward) • systémová hypotenze -> šok • orgánové selhávání (játra, ledviny GIT, mozek) • 4/ pracovní tolerance, svalová únava, kachexie • Pravostranné selhání • dozadu (backward) • ^hydrostatický tlak na venózním konci kapilár • edémy a výpotky v systémovém řečišti (vč. pleulárního výpotku) • anasarka (systémový edém) • hepatomegalie, ascites • dopředu (forward) • izolovaně raritní • vede k 4/ preloadu levé komory -> levostranné selhání dopředu ■ Srdeční selhání a funkce ledvin • Nižší perfúznítlak v ledvinách vede ke sníženi diurezy a hypervolemn • Ta zmírňuje příznaky selhání dopředu, ale zesiluje příznaky selhání dozadu • Toto je výraznější u preexistujícího selhání ledvin a hypertenze Etiologie levostranného a pravostranného selhání evostranne Obvykle primární ICHS, IM Kardiomyopatie Levostranné chlopenní vady Tezka hypertenze Výtoková obstrukce Dalsi priciny Levo-prave zkraty Perikardiální výpotek, konstriktivní perikarditida Pravostranné Obvykle sekundární CHOPN, plicní arteriální hypertenze, plieni embólie -> cor pulmonale Plicní hypertenze při levostranném selhání IM v povodí ACD Pravostranné chlopenní vady chybí plicní městnání Starlingovy síly a edém Fyzikálně se jedná o tlaky F = A . K . [(Pv - Pt) - o(nv - nt)], kde: • F...filtrace • A...filtrační plocha • K...permeabilita membrány pro vodu • o...permeabilita membrány pro proteiny Na arteriálním konci kapiláry míří gradient z cévy ven, na venozním dovnitř Výjimka: kapiláry glomerulu (vysoký hydrostatický tlak - cave šok) Plicní kapiláry - po celé délce mírně převažuje filtrace (nízký gradient hydrostatického i onkotického tlaku, nízký reflekční koeficient) Ale přebytečná voda je drénována lymfou nebo vydýchána, plíce zůstávají „suché" Capilfary larger hydrostatic pressure = 35mm ti net flow out ífcsplllsry Into tissues = 10mm U smaller hydrostatic pressure 5mm ^ [i pressure ■ iirnm net flow into capillary = IDirmn Tok tekutiny z kapilár do tkání mírně převažuje nad návratem - lymfatická drenáž Plieni edém a pleurální výpotek Plieni edém: akumulace tekutiny v plieni tkáni („bažina") • intersticiální • alveolárni • filtrace i resorpce tekutiny z/do plieni cirkulace • léčba medikamentózni Pleurální výpotek: tekutina mezi parietálním a viscerálním listem pleury („jezero") • filtrace tekutiny převážně ze systémové cirkulace, resorpce spíše do plieni cirkulace • léčba medikamentózni či chirurgická • u transsudátů může být kombinace plicního edému a fluidothoraxu Srdeční selhaní dle rychlosti rozvoje Akutní • Vznik de novo nebo dekompenzací chronického selhání • Klasifikace Killip l-IV Chronické Pomalý rozvoj Klasifikace NYHAI-IV Léčba srdečního selhání Akutní • Léčba vyvolávající příčiny • Klid na lůžku, léčba za hospitalizace • o2 • Diuretika • Vazodilatancia (pokud není silná hypotenze, tj. „teplé a vlhké" selhání) • Vazopresory u kardiogenního šoku („studený a vlhký") • Inotropika (např. katecholaminy) • Opioidy při dusnosti • Mechanická podpora oběhu Chronické • Léčba vyvolávající příčiny • Lehká fyzická zátěž • Kondiční trénink 3-5 x týdně 20 30 min • Diuretika • Bradykardizující léčba (6 blokátory, digoxin, ivabradin) • Inhibice RAAS (brání remodelaci) • Implantace ICD, BiV PM (arytmie) • Transplantace srdce