Fisiologia e fisiopatologia: scompenso cardiaco e insufficienza renale

Documento su fisiologia e fisiopatologia, scompenso cardiaco e insufficienza renale. Il Pdf, adatto per lo studio universitario di Biologia, descrive l'ultrastruttura dei miocardiociti, il ciclo cardiaco, la contrattilità e l'inotropismo, analizzando anche la perfusione renale e la filtrazione glomerulare.

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Lezione del 03/04/2025 -> Prof. Colussi
LO SCOMPENSO CARDIACO
ULTRASTRUTTURA DEI MIOCARDIOCITI
I miocardiociti costituiscono circa ¾ del volume miocardico totale anche se rappresentano solo 1/3 del numero cellulare
totale. Circa me di ogni ventricolo è occupato da miofibre e da un terzo di mitocondri. I miocardiociti sono rivestiti da
una complessa membrana plasmatica (sarcolemma) e sono caratterizzati da miofibrille (elementi contrattili). Il
sarcolemma si invagina a formare i tubuli a T.
Il reticolo sarcoplasmatico è una rete finemente diffusa in tutta la cellula, dove avviene l’immagazzinamento di ioni calcio.
Cisterne terminali contengono recettori rianodinici, mentre la parte longitudinale contiene i SERCA (sarcoendoplasmic
retituculum calcium adenosine triphosphatase) e le proteine di stoccaggio intra-reticolari (calsequestrina).
UNI CONTRATTILE-SARCOMERO
-
Actina (filamenti sottili)
-
Miosina (filamenti stessi)
-
Tropomiosina
-
Complesso troponinico: I (importante per danno cardiaco), C, T
-
Titina (ancora la miosina alla linea Z) -> ha miofibrille alle pareti e fa da struttura di ancoraggio alle uni
sarcomeriche; la si trova in forma mutata nelle distrofie; inoltre sono presenti molti polimorfismi che danno
patologie genetiche come le cardiopatie dilatative.
-
Linea Z
ACCOPPIAMENTO ECCITAZIONE CONTRAZIONE
Ipotesi accettata del rilascio intracellulare di calcio mediata dal calcio (stimolo iniziale)
Il potenziale d’azione attraverso il sarcolemma (tubuli T) apre i canali del calcio L-type (voltaggio-dipendenti).
Il calcio che entra stimola i recettori rianodinici a liberare calcio dal reticolo sarcoplasmatico (incremento di 10x
la conc. intracellulare)
Meccanismi di turn-off del rilascio di calcio
o L’aumento del calcio inibisce il suo rilascio ulteriore, inibisce il recettore rianodinico ed attiva SERCA
IL CICLO CARDIACO
Sistema arterioso periferico
v
Contrazione ventricolare
o
Contrazione isovolumetrica (b) -> il muscolo si contrae però mantiene la stessa posizione e NO
CAMBIO DI VOLUME
o
Eiezione massima (c)
v
Rilassamento ventricolare
o
Inizio del rilassamento e riduzione dell’eiezione (d)
o
Rilassamento isovolumetrico (e)
o
Riempimento ventricolare: fase rapida (f)
o
Riempimento ventricolare lento (g)
o
Contributo atriale al riempimento ventricolare (a)
Nella fase di salita si parla di sistole, mentre nella discesa si tratta della diastole. È diverso quando si parla di pressione
aortica.
CONTRATTILITÀ O INOTROPISMO
La capacità intrinseca del miocardio di contrarsi indipendente dalle variazioni di precarico e postcarico. A livello
molecolare la contrattilità è espressione dell’interazione delle proteine contrattili ed è funzione diretta della dell’azione
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induttiva dello ione calcio. Una contrattilità aumentata si associa spesso ad un rilassamento maggiore (effetto
lusinotropico). La contrattilità è stimolata dall’esercizio, dalla stimolazione adrenergica, dalla digitale ed altri agenti
inotropici.
LEGGE DI FRANK-STARLING
Effetto della variazione del volume di riempimento ventricolare (effetto del precarico). Conseguente variazione della
velocità di raggiungimento e dell’entità della pressione sviluppata dal ventricolo e della velocità di rilassamento
ventricolare.
PRECARICO
Il precarico è la quantità ematica presente nel ventricolo prima dell’inizio della contrazione quindi a fine diastole. Esprime
la pressione di ritorno venoso atriale. Quando aumenta il precarico, in fase diastolica,il ventricolo in si distende
maggiormente; questo determina un aumento del volume di eiezione ventricolare per la legge di Starling.
POSTCARICO
Più è alto e più il cuore deve spingere questo limite. Il postcarico è il carico che il ventricolo sinistro deve spostare quando
inizia la sua contrazione nella fase sistolica. In condizioni normali, fisiologiche, il ventricolo sinistro è in grado di spostare
qualsiasi aumento di carico gli si presenti acutamente anche per motivi patologici. Cronicamente peun aumento del
postcarico, come nell’ipertensione arteriosa o nella stenosi aortica, determina una ipertrofia del muscolo cardiaco.
COSTITUENTI DEL POSTCARICO
ü Resistenze periferiche totali (RPT)
o PA= gittata cardiaca x RPT
ü Stiffnes (rigidità o compliance) aortica
o Aumenta con l’età e nell’ipertensione arteriosa soprattutto con alta pressione differenziale
STRESS DI PARETE (LEGGE DI LAPLACE)
La pressione intracavitaria aumenta con l’aumentare del postcarico
L’ipertrofia ventricolare riduce lo stress di parete
L’aumento dello stress di parete determina una maggiore richiesta di ossigeno
miocardica per produrre più ATP e sviluppare una contrattilità maggiore
RELAZIONE FORZA-FREQUENZA CUORE NORMALE (FENOMENO DI
BOWDITCH)
L’aumento della frequenza cardiaca determina un aumento della contrattilità
ventricolare (stesso fenomeno osservato su una fibra muscolare osservata)
L’INSUFFICIENZA CARDIACA
- Ridotta performance contrattile con alterata sistole e rilassamento diastolico ritardato
- Alterazioni nella:
o Relazione forza-frequenza
o Espressione genica
o Attività beta-adrenergica
o Segnali intracellulari legati allo ione calcio
RELAZIONE FORZA-FREQUENZA NELLO SCOMPENSO CARDIACO
§
Ridotta contrattilità (FIGURA)
§
Dovuta ad una alterazione dell’espressione genica e desensibilizzazione all’attiviadrenergica
Difficoltà salire scale -> dispnea da sforzo!!!!!!!
CAMBIAMENTO DELLESPRESSIONE GENICA
Il miocardio scompensato è caratterizzato dal passaggio daun’espressione genica di tipo adulto ad una espressione con
caratteristiche fetali
-
Peptide natriuretico atriale
-
Peptide natriuretico cerebrale

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LO SCOMPENSO CARDIACO

ULTRASTRUTTURA DEI MIOCARDIOCITI

I miocardiociti costituiscono circa 3/4 del volume miocardico totale anche se rappresentano solo 1/3 del numero cellulare totale. Circa metà di ogni ventricolo è occupato da miofibre e da un terzo di mitocondri. I miocardiociti sono rivestiti da una complessa membrana plasmatica (sarcolemma) e sono caratterizzati da miofibrille (elementi contrattili). Il sarcolemma si invagina a formare i tubuli a T. Il reticolo sarcoplasmatico è una rete finemente diffusa in tutta la cellula, dove avviene l'immagazzinamento di ioni calcio. Cisterne terminali contengono recettori rianodinici, mentre la parte longitudinale contiene i SERCA (sarcoendoplasmic retituculum calcium adenosine triphosphatase) e le proteine di stoccaggio intra-reticolari (calsequestrina).

UNITÀ CONTRATTILE-SARCOMERO

  • Actina (filamenti sottili)
  • Miosina (filamenti stessi)
  • Tropomiosina
  • Complesso troponinico: I (importante per danno cardiaco), C, T
  • Titina (ancora la miosina alla linea Z) -> ha miofibrille alle pareti e fa da struttura di ancoraggio alle unità sarcomeriche; la si trova in forma mutata nelle distrofie; inoltre sono presenti molti polimorfismi che danno patologie genetiche come le cardiopatie dilatative.
  • Linea Z

ACCOPPIAMENTO ECCITAZIONE CONTRAZIONE

  • Ipotesi accettata del rilascio intracellulare di calcio mediata dal calcio (stimolo iniziale)
  • Il potenziale d'azione attraverso il sarcolemma (tubuli T) apre i canali del calcio L-type (voltaggio-dipendenti). Il calcio che entra stimola i recettori rianodinici a liberare calcio dal reticolo sarcoplasmatico (incremento di 10x la conc. intracellulare)
  • Meccanismi di turn-off del rilascio di calcio
    • L'aumento del calcio inibisce il suo rilascio ulteriore, inibisce il recettore rianodinico ed attiva SERCA

Schema processo contrazione-rilassamento e strutture coinvolte Ca2+ enters Cal exchange + Ca2+ Pump Myofibrill Ca2+ eaves Myocyte Ca2 Myofibril Contract Bystole Myofibril Diastole Ca2+ leaves to SA Titin 00 Myoal N Actin M 43 nm

IL CICLO CARDIACO

Sistema arterioso periferico

v Contrazione ventricolare

  • Contrazione isovolumetrica (b) -> il muscolo si contrae però mantiene la stessa posizione e NO CAMBIO DI VOLUME
  • Eiezione massima (c)

v Rilassamento ventricolare

  • Inizio del rilassamento e riduzione dell'eiezione (d)
  • Rilassamento isovolumetrico (e)
  • Riempimento ventricolare: fase rapida (f)
  • Riempimento ventricolare lento (g)
  • Contributo atriale al riempimento ventricolare (a)

Nella fase di salita si parla di sistole, mentre nella discesa si tratta della diastole. È diverso quando si parla di pressione aortica.

CONTRATTILITÀ O INOTROPISMO

La capacità intrinseca del miocardio di contrarsi indipendente dalle variazioni di precarico e postcarico. A livello molecolare la contrattilità è espressione dell'interazione delle proteine contrattili ed è funzione diretta della dell'azione 86 - FREEinduttiva dello ione calcio. Una contrattilità aumentata si associa spesso ad un rilassamento maggiore (effetto lusinotropico). La contrattilità è stimolata dall'esercizio, dalla stimolazione adrenergica, dalla digitale ed altri agenti inotropici.

LEGGE DI FRANK-STARLING

Effetto della variazione del volume di riempimento ventricolare (effetto del precarico). Conseguente variazione della velocità di raggiungimento e dell'entità della pressione sviluppata dal ventricolo e della velocità di rilassamento ventricolare.

PRECARICO

Il precarico è la quantità ematica presente nel ventricolo prima dell'inizio della contrazione quindi a fine diastole. Esprime la pressione di ritorno venoso atriale. Quando aumenta il precarico, in fase diastolica,il ventricolo in si distende maggiormente; questo determina un aumento del volume di eiezione ventricolare per la legge di Starling.

POSTCARICO

Più è alto e più il cuore deve spingere questo limite. Il postcarico è il carico che il ventricolo sinistro deve spostare quando inizia la sua contrazione nella fase sistolica. In condizioni normali, fisiologiche, il ventricolo sinistro è in grado di spostare qualsiasi aumento di carico gli si presenti acutamente anche per motivi patologici. Cronicamente però un aumento del postcarico, come nell'ipertensione arteriosa o nella stenosi aortica, determina una ipertrofia del muscolo cardiaco.

COSTITUENTI DEL POSTCARICO

v Resistenze periferiche totali (RPT)

  • PA= gittata cardiaca x RPT

ü Stiffnes (rigidità o compliance) aortica

  • Aumenta con l'età e nell'ipertensione arteriosa soprattutto con alta pressione differenziale

STRESS DI PARETE (LEGGE DI LAPLACE)

  • La pressione intracavitaria aumenta con l'aumentare del postcarico
  • L'ipertrofia ventricolare riduce lo stress di parete
  • L'aumento dello stress di parete determina una maggiore richiesta di ossigeno miocardica per produrre più ATP e sviluppare una contrattilità maggiore

LV pressure in aortic stenosis Normal LV pressure - Wall thickness Wal stress . Pressure x radius 2 (wall thickness) Action potential duration 100 msec Increased stimulation rate Contraction 1 mM

RELAZIONE FORZA-FREQUENZA CUORE NORMALE (FENOMENO DI BOWDITCH)

L'aumento della frequenza cardiaca determina un aumento della contrattilità ventricolare (stesso fenomeno osservato su una fibra muscolare osservata)

L'INSUFFICIENZA CARDIACA

  • Ridotta performance contrattile con alterata sistole e rilassamento diastolico ritardato
  • Alterazioni nella:
    • Relazione forza-frequenza
    • Espressione genica
    • Attività beta-adrenergica
    • Segnali intracellulari legati allo ione calcio

RELAZIONE FORZA-FREQUENZA NELLO SCOMPENSO CARDIACO

§ Ridotta contrattilità (FIGURA)

  • Dovuta ad una alterazione dell'espressione genica e desensibilizzazione all'attività adrenergica

Difficoltà salire scale -> dispnea da sforzo !!!!!!!

CAMBIAMENTO DELL'ESPRESSIONE GENICA

Il miocardio scompensato è caratterizzato dal passaggio daun'espressione genica di tipo adulto ad una espressione con caratteristiche fetali

  • Peptide natriuretico atriale
  • Peptide natriuretico cerebrale 87- Downregulation di SERCA-2 e miosina heavy chain Cosa induce il passaggio ?? Ruolo del sovraccarico di calcio

ANORMALITÀ DEI RECETTORI BETA-ADRENERGICI NELLO SCOMPENSO

Downregulation della componente eccitatoria delle G protein e riduzione dell'cAMP Upregulation della componente inibitoria delle G protein dei beta2

  • Riduzione della contrattilità mediata da betal e beta2
  • Desensibilizzazione dei recettori adrenergici

Dopo la fase di compensazione, può avere una perdita di capacità di propulsione di sangue per l'esigenza dell'individuo.

FISIOPATOLOGIA DELLO SCOMPENSO CARDIACO

DEFINIZIONE ACC/AHA DELLO SCOMPENSO CARDIACO

Sindrome clinica complessa risultante da disturbi cardiaci strutturali e/o funzionali e che interferisce con la capacità del ventricolo di riempirsi o di eiettare la quantità di sangue adeguata alla richiesta metabolica dei tessuti. Lo scompenso cardiaco può conseguire alla morte o alla disfunzione cardiomiocitaria, al rimodellamento ventricolare o a combinazioni di questi. Lo scompenso cardiaco è caratterizzato da anormalità dell'utilizzazione energetica, da ischemia e disfunzione dei normali segnali neuro-ormonali.

MECCANISMI DI ADATTAMENTO RAPIDO

§ Meccanismi messi in atto dal miocardio per mantenere un'adeguata performance in condizione di alterazioni emodinamiche

  • Adattamento secondo legge di Frank-Starling
  • Attivazione neuro-ormonale (noradrenalina, attivazione sistema renina-angiotensina-aldosterone)
  • Rimodellamento ventricolare con o senza dilatazione della camera (ipertrofia compensatoria) che avviene in settimane o mesi
  • Il sovraccarico cardiaco determina un esaurimento dei meccanismi compensatori che diventano "maladaptive"

CONSEGUENZE EMODINAMICHE DELLO SCOMPENSO CARDIACO

Riduzione della gittata cardiaca

  • Forma comune dello scompenso da ischemia, ipertensione, malattia valvolare, malattia pericardica
  • La pressione arteriosa è mantenuta da un aumento delle resistenze periferiche totali

In condizioni di scompenso moderato il cuore a riposo ha una normale gittata e si scompensa sotto sforzo. In condizioni gravi la riduzione della gittata può determinare ritenzione di sodio e acqua per l'attivazione del sistema RAA.

PERFORMANCE DI UN CUORE MODERATAMENTE SCOMPENSATO

Lo stato di scompenso cardiaco si associa a:

v Attivazione adrenergica generalizzata e ridotta attività parasimpatica con aumento della contrattilità e frequenza cardiaca

  • Ritenzione sodica per attivazione del sistema renina-angiotensina-aldosterone e vasocostrizione sistemica
  • L'esercizio fisico determina solo un lieve aumento della performance cardiaca essendo già spinta dall'insufficienza

SCOMPENSO GRAVE-FATALE

Funzione ventricolare depressa a tal punto che la gittata cardiaca non riesce a soddisfare i bisogni metabolici dei tessuti periferici in condizioni di riposo. Pressione di fine diastole elevata a tal punto che in condizioni di riposo la pressione capillare polmonare è talmente elevato da determinare edema polmonare.

CURVA Pressione-volume e si dice performance (pressione) e volume (il E 4 riempimento del ventricolo), le linee azzurre la performance di una persona a riposo Dyspnea Pul. edema Ventricular EDV o che sta facendo sforzo dove aumenta il riempimento, e aumenta la contrattilità.la curva verde aumenta riempimento e pressione, però arriva a un punto in cui non riesce Stretching of ad arrivare alla performance completa perchè si ha una contrattilità più ridotta e quindi myocardium si ha lo scompenso, con affanno. La linea rosa che è un caso grave con disfunzione di miocardio che anche a riposo è in affanno ed è una delle peggiori malattie neoplastiche, scompensato a punto tale da portare a morte; problema di performance con rischio di arresto cardiaco. Per risolvere la situazione posso cambiare l'organo o aggiungere un sostegno meccanico per aiutare la persona.

2 C Maximal activity Normal-exercise Ventricular performance Normal-rest - Contractile state of myocardium B 3 Walking = Exercise 3 Heart failure D Rest Rest A Fatal myocardial depression 88

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