Patologia II e Fisiopatologia: shock e ruolo del microcircolo

SHOCK

Il professore si ricollega alla lezione precedente descrivendo la classificazione dello shock in 3-4 forme principali.

Si può anche pensare di mettere insieme tutte le forme di shock descritte in una tavola sinottica, in cui sono riportate al compartimento del corpo che è interessato ed in base ai meccanismi fisiopatologici essenziali che sottendono le principali forme di shock.

FIGURE 1

Vascular system Blood and fluid compartment Plasma Permeability Body fluids hypovolemic Traumatic- Septic Hypovolemic (narrower sense) Volume Anaphylactoid Tone regulation Blood (whole) Traumatic- hemorrhagic Loss Hypo- volemic Imbalance Hemor- rhagic Shock O2 supply O2 demand Determined by right heart Myocardium Myocardial pump failure Cardiogenic Extracardiac Lesser circulation Output Determined by afterload Cardiac conduction system Acute insufficiency Decompensated stenosis preload Determined by Greater circulation Heart Heart valves Various locations Circulatory system Synoptic view of the four types of shock (inner, white field) with the organ systems primarily associated with them (outer corners), sites and mechanisms of manifestation (outside the circle), and pathogenetic and pathophysiologic features (outer and middle sectors of the circle). To maintain clarity, mixed types of shock are not depicted.

INCIDENZA DEI VARI TIPI DI SHOCK

Si analizza la frequenza con cui i vari tipi di shock possono insorgere, l'incidenza percentuale è molto più alta in quelli che vengono definiti shock distributivi (o da redistribuzione) per un ammontare del 60% sul totale degli shock. All'interno degli shock da redistribuzione il più rappresentato è lo shock settico (estremamente grave per cui circa il 50% dei pazienti ricoverati con shock settico ha esito infausto). Meno frequenti saranno poi, tra gli shock da redistribuzione, lo shock anafilattico e lo shock neurogeno, che più o meno ammontano ad un circa 4% di tutti quanti gli shock. Dopodiché anche lo 1shock ipovolemico è relativamente frequente ed ha indice tra il 15-25%. Lo shock cardiogeno è in terza posizione come frequenza, tra il 13-16%, poi vi è lo shock ostruttivo con percentuale 1-2% (un esempio di shock ostruttivo è quello che si verifica in caso di embolia polmonare massiccia, la quale rappresenta un tipico caso di shock da ostruzione).

Relative incidences of the various types of shock

Type of shock Relative incidence (authors' own calculations) Relative incidence (representative published figures [25]) Hypovolemic 27% 16% Distributive 59% 66% Made up of: septic 55%, anaphylactic and neurogenic 4% Made up of: septic 62%, anaphylactic and neurogenic 4% Cardiogenic 13% 16% Obstructive 1% 2% Brady- and tachy- arrhythmias Cardiac Obstructive Distributive Neurogenic Shift Anaphylactic

FISIOPATOLOGIA DELLO SHOCK

Per quanto riguarda la fisiopatologia dello shock, l'attenzione deve essere posta su quale tipo di alterazione vanno incontro i tessuti una volta che si manifesta la lesione iniziale responsabile di ogni tipo di shock, che è la riduzione della perfusione dei tessuti ed in particolare la riduzione della perfusione periferica.

Fisiopatologia dello shock

<< Perfusione periferica - > << apporto di O2 e nutrienti -+ << supporto metabolico del sistema vascolare e dei tessuti - + Rilascio di fattori tossici Aumento della permeabilità vascolare-vasodilatazione -+ + << assoluta o relativa della volemia << ritorno venoso + Depressione cardiaca << volume di sistole + << perfusione periferica Il concetto fondamentale che dobbiamo ricordare è che, nella patogenesi dello shock, la lesione fondamentale è la disfunzione metabolica cellulare.

Disfunzione metabolica cellulare

La disfunzione metabolica cellulare è un fattore fondamentale nella patogenesi dello shock Tutti i tipi di shock (se non interrotti nella loro evoluzione) inevitabilmente sfociano in una disfunzione d'organo multipla (MOF= multiple organ failure), la quale rappresenta il quadro più devastante nel quale esitano gli shock che non si riescono a recuperare ed è causata dalle alterazioni metaboliche cellulari alle quali vanno incontro i tessuti in questo regime di ipoperfusione.

Segue il diagramma di flusso che schematizza il metabolismo cellulare nello shock. In rosso si evidenzia il concetto principale, ovvero che la riduzione della perfusione tessutale (l'ipoperfusione) è l'inizio ed anche la fine di tutto quanto l'insieme dei fenomeni che si verificano all'interno dell'organismo nel corso dello shock.

(n.1) L'inizio della fisiopatologia dello shock si verifica con la riduzione della perfusione tissutale, se ne deduce che questo fenomeno causa sofferenza cellulare (per via della ridotta disponibilità di ossigeno, substrati nutritivi e accumulo di fattori tossici che si concentrano nei tessuti ipoperfusi e soggetti a stagnazione ematica) che porterà alla lesione del metabolismo cellulare (metabolismo cellulare danneggiato). Il metabolismo cellulare danneggiato è la via finale comune attraverso cui si manifestano le conseguenze tissutali e poi sistemiche dello shock.

Alterazione del metabolismo cellulare

Come si manifesta l'alterazione del metabolismo cellulare? L'alterazione del metabolismo cellulare ( il prof ribadisce che è dovuta proprio al fatto che, a causa dell'ipoperfusione, c'è stagnazione dei tessuti periferici, c'è ridotta disponibilità di substrati metabolici e accumulo di fattori tossici, che vedremo più avanti) si concretizza (a sinistra e a destra nel diagramma) con la minore capacità delle cellule di sfruttare quel poco di ossigeno ancora disponibile (l'ossigeno scarseggia a causa dell'ipoperfusione dei tessuti e a causa dell'accumulo di fattori tossici che alterano la capacità dei tessuti di sfruttare l'ossigeno disponibile) > vi è quindi riduzione delle sintesi energetiche ossigeno-dipendenti (cioè la fosforilazione ossidativa) e vi è anche la riduzione della capacità cellulare di sfruttare vie alternative alla fosforilazione ossidativa, che possono essere basate sull'uso intenso della glicolisi anaerobia).

La glicolisi anaerobia, anche se attivata in condizioni di shock, non è così efficiente, poiché c'è una ridotta capacità delle cellule di utilizzare anche il glucosio (ovvero di attivare quei meccanismi glicolitici che possano vicariare alla riduzione della fosforilazione ossidativa).

(n.2) L'incapacità delle cellule di sfruttare a fondo il metabolismo ossidativo avviene perché c'è meno ossigeno, i mitocondri sono in sofferenza e si accumulano specie ossidate dell'O2 (i ROS). Quando la fosforilazione ossidativa mitocondriale è deficitaria, ai vari siti della catena respiratoria si attivano quei meccanismi che portano alla riduzione mono-elettronica dell'O2, la quale porta all'accumulo di ROS. Queste specie sono fortemente ossidanti. Queste condizioni di carenza di O2 e di disfunzione-alterazione mitocondriale mettono in moto meccanismi che vicariano le sintesi energetiche, in particolar modo la glicolisi 2anaerobia (che permette la sintesi dell'ATP più velocemente, ma meno efficientemente rispetto alla fosforilazione ossidativa), che comunque porta ad una riduzione dello stato energetico (contenuto di ATP) delle cellule. Questo comporta una serie di squilibri intracellulari dettati dalla non disponibilità dei substrati energetici. La riduzione della concentrazione di ATP nel citoplasma porta ad una riduzione dell'efficienza delle pompe trasportatrici di ioni (in esempio la Sodio-Potassio ATPasi: funziona espellendo Na+ in contro- trasporto o in antiporto con il K+, questo perché la concentrazione del K+ intracellulare è molto più alta di quella extracellulare, viceversa per il Na+. La sua funzione è di mantenere il gradiente di distribuzione del Na+ e del K+ attraverso la membrana cellulare. In condizioni alterate (meno ATP disponibile) si riduce la sua efficienza e le cellule perdono potassio e accumulano sodio, creando squilibri su più livelli. Se perdono K+ vanno incontro a depolarizzazione, situazione grave per le cellule eccitabili come quelle muscolari. Nel caso delle cellule muscolari lisce, esse non possono più mantenere un normale tono vascolare e le conseguenze possono essere la vasodilatazione. Nella dinamica delle alterazioni fisiopatologiche in corso di shock, a livello del circolo periferico avviene una vasodilatazione che favorisce la stasi ematica nei tessuti periferici ed uno dei fattori responsabili della vasodilatazione è proprio il ridursi del normale potenziale di membrana della cellula muscolare liscia.

Il metabolismo cellulare nello shock

inizio Via finale comune 1 Impaired cellular metabolism 3 2 4 Tissue perfusion Impaired oxygen use Impaired glucose use Anaerobic metabolism I Oxygen affinity for hemoglobin Î Serum glucose Catecholamines, cortisol, growth hormone fine L ATP Î Lactate T Pyruvate 1 Lipolysis Î Gluconeogenesis 1 Glycogenolysis Y » Metabolic acidosis 1 Serum triglycerides, free fatty acids 4 Energy stores acidosis acidosis Î Intracellular Na and water 4 Serum albumin 1 Serum branched chain amino acids Leucina Isoleucina Valina Į Circulatory volume Cellular edema Î Urea, NHA formation and synthesis Clotting cascade Inflammatory response Release of lysosomal enzymes 3 1 Serum alanine Ipovolemia (assoluta o relativa) I Na, K pump

Squilibri del Na+ e edema cellulare

Ancora più importante è ciò che accade con gli squilibri del Na+, il quale è una specie fortemente osmoticamente attiva. Se si accumula Na+ nel citosol significa che esso si porta dietro anche acqua, quindi l'accumulo di Na+ è seguito da accumulo di acqua intracellulare. Questo porta ad edema cellulare, condizione che lede l'omeostasi cellulare e danneggia il metabolismo cellulare, mitocondriale e rende inefficaci i sistemi glicolitici, perché provoca diluzione intracitoplasmatica delle proteine. Se si accumulano Na+ e acqua nelle cellule questi non sono limitati solo a piccoli distretti, ma virtualmente tutte le cellule dell'organismo vanno incontro ad edema cellulare. L'accumulo di acqua nelle cellule sottrae liquidi sia all'ambiente interstiziale, sia al sangue. Quindi si ha ipovolemia, fattore di aggravamento nella progressione dello shock

Aggravamento della progressione dello shock

L'ipovolemia a sua volta aggrava ulteriormente (nel diagramma la freccia che sale) l'ipoperfusione tissutale, in contemporanea avvengono altri fattori che contribuiscono all'aggravamento della progressione dello shock.

Se si ha ipovolemia ( e quindi si ha emoconcentrazione) si attiva la cascata della coagulazione, ulteriore fattore di aggravamento poiché la produzione di trombi e micro-trombi diffusi nei tessuti periferici può ridurre ulteriormente la perfusione tissutale ed essendo il sistema della coagulazione in stretta correlazione con il sistema dell'infiammazione (tramite il rilascio del fattore tissutale e l'attivazione delle piastrine che rilasciano fattori pro-infiammatori), vi è anche l'attivazione della risposta infiammatoria (con il rilascio di fattori pro- infiammatori). Vedremo tra breve che uno dei fenomeni correlati all'infiammazione che si producono in corso di shock è la sindrome da infiammazione sistemica SIRS, importantissimo fattore di aggravamento del decorso dello shock. Il rilascio di fattori pro-infiammatori è un ulteriore fattore che aggrava la sindrome da infiammazione sistemica. Se essa si produce vuol dire che sono state attivate anche le cellule dell'infiammazione, quindi vengono rilasciati fattori pro-infiammatori contenuti in queste cellule (tutti i 4