Ćwiczenie 12: Patofizjologia układu krążenia

Mechanizm skurczu włókien mięśnia serca

Depolaryzacja:

- otwarcie powolnych kanałów wapniowych (typu L) inicjuje napływ jonów wapnia do komórki

- wywołuje to wtórnie uwolnienie zacznie większych ilości tych jonów z magazynów wewnątrzkomórkowych (głównie cysterny siatki sarkoplazmatycznej i mitochondria)

- wzorst ilości jonó wapnia >6^-10 M/l wystarcza do uczynnienia białek kurczliwych

- wiązanie Ca²⁺ przez troponinę C (zamiana jonów Mg) umożliwia odsłonięcie przez tropomiozynę miejsc na aktynie służących do wiązania z wypustkami miozynowymi.

- im większy poziom wapnia tym więcej aktywowanych cząstek troponiny C, tym więcej odsłoniętych mostków miozynowych i większa siła skurczu.

- uwapniona kalmodulina aktywuje również fosfokinazę kreatyny (CPK) która odtwarza ATP przez refosforylację ADP anionem fosforu odłączonym z fosfokreatyny (CP).

CP - łatwo dyfundujący i ekonomiczny przenośnik energii jest związkiem kreatyny i kwasu fosforowego, który pod wpływem CPK dostarcza energii do odtwarzania ATP. Energia do resyntezy ATP czerpana jest z tlenowych przemian cukrów, kwasów tłuszczowych i kwasu mlekowego.

Repolaryzacja:

- brak dokomórkowego prądu wapniowego.

- czynne wyrzucanie i wymiana z Na przez ATP-azę wapniową oraz czynne wychwytywanie Ca²⁺ przez siatkę sarkoplazmatyczną.

- spadek Ca²⁺ <10^-6 M/l powoduje odłączenie jonów Ca²⁺ od troponiny C, inaktywację tropomiozyny i zablokowanie miejsc łączących aktynę z miozyną (mostków miozynowych)

- efekt to rozkurcz mięśnia.

Proces ten jest również energochłonny, wymagających ATP dla ATP-azy wapniowej.

Funkcje serca:

- zapewnienie krążenia krwi w celu dowozu:

- tlenu

- wody

- soli mineralnych

- białek, materiałów energetycznych, hormonów

- odberania CO₂ i produktów przemiany materii

- regulacji cieplnej

- wydzielania ANF

Podstawowy parametr pracy serca to rzut minutowy - ilość krwi wyrzucanej w jednostce czasu. (średnio 4-6l/min)

Standaryzacja tego parametru:

Indeks sercowy = rzut minutowy/powierznię ciała (norma -> 2-5l/min/m²)

Regulacja rzutu minutowego w warunkach zwiększonego zapotrzebowania.

1. Poprzez zwiększenie obciążenia wstępnego, czyli napływu (preload).

- dochodzi do zwiększonego rozciągnięcia włókien mięśnia serca i zwiększenia siły skurczu - prawo Starlinga.

- zwiększenie powrotu żylnego poprzez wzrost napięcia układu współczulnego, napięcia naczyń żylnych i ciśnienia w żyłach

- zwiększenie wolemii przez działanie hormonów układu RAA i ADH.

2. Przez obniżenie oporu obwodowego (afterload)

- zwiększone zapotrzebowanie na tlen w tkankach

- przemiana beztlenowa, kwasica, adenozyna, poszerzają łoże naczyniowe i zwiększają rzut poprzez lokalne i/lub układowe zmniejszenie oporu dla wyrzucanej krwi.

3. Regulacja hormonalna i nerwowa

- zwiększenie rzutu przez wzrost siły, częstości skurczów serca drogą stymulacji współczulnej i/lub pobudzenia receptorów adrenergicznych 81 lub α1.

Metabolizm energetyczny mięśnia sercowego:

Metabolizm serca jest WYŁĄCZNIE TLENOWY

Substraty energetyczne:

- glukoza

- wolne kwasy tłuszczowe

- kwas mlekowy

- ciała ketonowe

Są one utleniane do CO₂ i H₂O.

Po posiłkach do 50% energii czerpane jest ze spalania glukozy, przy głodzeniu ponad 75% energii z przemian kwasów tłuszczowych a do 15% glukozy, przy wysiłku ponad 50% z kwasu mlekowego.

Układ współczulny i przywspółczulny są stale w stanie pobudzenia, a aktywność pracy serca stanowi wyraz chwilowej przewagi jednego z nich.

Nerwy współczulne przyspieszają prace serca. Wydzielana noradrenalina działa:

1. chronotropowo - zwiększa częstotliwość skurczów mięśnia

2. batmotropowo - zwiększa pobudliwość mięśnia sercowego

3. dromotropowo - zwiększa szybkość przewodzenia stanu pobudzenia

4. inotropowo - zwiększa siłę skurczu mięśnia sercowego

Wpływ układu przywspółczulnego:

- nerw błędny z rdzenia przedłużonego

- acetylocholina

Działanie:

- przeciwstawne do noradrenaliny

- działanie ACh ogranicza się do przedsionków.

Główny efekt to zmiejszenie częstotliwości skurczów serca (ujemne działanie chronotropowe A).

- działanie przez wzrost przepuszczalności dla jonów potasu na terenie węzła zatokowego, co powoduje zahamowanie depolaryzacji, a nawet hiperpolaryzację.

Aktywność pracy serca podlega również autoregulacji przez bodźce odbierane przez:

- presoreceptorów

- baroreceptorów

Umiejscowionych w ścianach naczyń.

W części tętniczej tego typu receptory znajdują się w:

- łuku aorty

- zatoce szyjnej

- tętnicy nerkowej

W części żylnej:

- przy ujściu żył czczych do prawego przedsionka.

Regulacja odruchowa częstości serca:

Odruch depresyjny:

Wzrost ciśnienia w naczyniach tętniczych powodujący zwiększenie różnicy między ciśnieniem skurczowym i rozkurczowym pobudza je - w efekcie zwolnienie akcji serca i spadek ciśnienia

Odruch presyjny:

Wzrost ciśnienia w układzie żylnym powoduje przyspieszenie czynności pracy serca i wzrost ciśnienia.

Wpływ na pracę serca mają także metabolity, najważniejszy to dwutlenek węgla oraz jony:

- wapnia - przyspieszają czynność serca (aż do zatrzymania w skurczu)

- potasu - zwalniają czynność serca.

Naczynia krwionośne:

Głównym regulatorem przepływu krwi przez tętnice i tętniczki są mięśnie gładkie znajdujące się w ścianach naczyń i działające na zasadzie mechanizmu autoregulacji.

Wzrost ciśnienia krwi wywołuje ich skurcz z jednoczesnym wzrostem oporu przepływu, w rezultacie wielkość przepływu pozostaje bez zmian.

Odwrotna sytuacja zachodzi, gdy następuje spadek ciśnienia tętniczego. Rozkurcz mięśni gładkich powoduje obniżenie oporu przepływu krwi.

Mechanizm autoregulacji zmniejszając luz zwiększając łożysko naczyniowe zachowuje niezbędną wielkość przepływu krwi.

Naczynia krwionośne z wyjątkiem naczyń włosowatych są unerwione przez układ współczulny i przywspółczulny. Istotnymi regulatorami krwi są substancje czynne wydzielane przez śródbłonek.

Naczynioszerząco działają:

- tlenek azotu (NO)

- prostacyklina (PGI)

- prostaglandyna E (PGE)

Skurcz naczyń powodują:

- endoteliny

- tromboksan A₂

- leukotrieny

Kurcząco na mięśniówkę naczyń działają ponadto:

Serotonina, wazopresyna, angiotensyna.

Lokalnie działającym czynnikiem zwiększającym przepływ krwi przez naczynia włosowate jest wzrost zawartości produktów przemiany materii w tkankach lub narządach.

Czynniki ryzyka chorób układu krążenia

- modyfikowalne, uważane za najłatwiejsze do zwalczania

- czynniki których nie można zmienić

- tzw. „nowe” czynniki ryzyka

Modyfikowalne czynniki ryzyka:

- nadciśnienie tętnicze 18%

- otyłość 23%

- hipercholesterolemia 37%

- palenie papierosów 25.5%

- brak aktywności fizycznej 58%

- doustne środki antykoncepcyjne

- upośledzona tolerancja glukozy

Czynniki, których nie można zmienić:

- osobowość

- płeć

- wiek

- predyspozycja dziedziczna

- typ budowy ciała

„Nowe” czynniki ryzyka:

- wysoki poziom ferrytyny

- przekątne bruzdy płatków usznych (?)

- spożycie kofeiny

- niedobór witaminy E

- łysienie typu męskiego

- niedostateczne spożycie etanolu (badacze nie sugerują aby ktokolwiek zaczął z tego powodu pić!)

Niewydolność serca:

Jest to stan, w którym serce nie jest zdolne do wypełniania swej funkcji zapewniania przepływu krwi odpowiednio do zapotrzebowania.

Przyczyny:

1. Zwiększony opór obwodowy:

A. Niewydolność lewokomorowa:

- nadciśnienie

- stenozy aortalne

- koarktacja aorty

- zwężenie podzastawkowe

B. Niewydolność prawokomorowa:

- zatorowość płucna

- pierwotne nadciśnienie płucne

2. Utrata elementów kurczliwych

- choroba wieńcowa

- zapalenie serca

- kardiopatie

- skrobiawice

- uszkodzenia toksyczne

- radioterapia

3. Zmniejszony napływ

- wady zastawkowe - stenoza mitralna i trójdzielna

- wysiękowe lub zaciskające zapalenia osierdzia

- brak synchronizacji przedsionków i komór (migotanie przedsionków)

- tachy- i bradykardie

4. Inne

- krążenie hiperkinetyczne w nadczynności tarczycy, anemii, przetokach tętniczo-żylnych, wadach serca z przeciekiem (przeciążenie objętościowe → wyczerpanie mięśnia → niedomoga)

- choroba beri - beri

- niedoczynność tarczycy

Podziały niewydolności serca:

1. Wydolność względna (inaczej niewydolność wyrównana)

- mechanizmy adaptacyjne zapewniają prawidłowy rzut minutowy a objawy niewydolności pojawiają się w momentach zwiększonej pracy serca - stres, wysiłek.

2. Niewydolność jawna

- stałe uruchomienie mechanizmów wyrównawczych nie zapewnia prawidłowego rzutu serca w spoczynku - narastanie objawów niedokrwienia i zastoju

Podział NS według NYHA:
I - bez ograniczenia wydolności

II - wysiłkowe ograniczenie wydolności

III - duszność wysiłkowa

IV - duszność spoczynkowa

Kompensacja w NS:

1. Przerost koncentryczny:

- bez powiększenia jamy serca

- powodujący wzrost kurczliwości ( w dalszym przebiegu zaburzenia rozkurczu, arytmie, niedokrwienie, zwyrodnienie mięśnia)

- spowodowany głównie wzrostem oporu wyrzutowego (nadciśnienie, stenozy) → wzrost naprężenia skurczowego → stymulacja przerostu włókien mięśniowych

2. Przerost odśrodkowy:

- poszerzenie jam serca bez zwiększenia grubości ścian

- zwrost rzutu serca na zasadzie prawa Starlinga, spowodowane głównie obciążeniem objętościowym na skutek zwiększonego napływu lub cofania się krwi (krążenie hiperkinetyczne, niedomykalność mitralna), objawy przeciążenia i zwyrodnienia mięśnia pojawiają sięwzględnie późno.

3. Zwiększenie aktywności współczulnej:

- zwiększone napięcie dużych naczyń żylnych daje wzrost powrotu żylnego

- w połączeniu ze wzrostem siły i częstości skurczów serca daje to zwiększenie rzutu minutowego

- jednak zwiększona stymulacja adrenergiczna oraz wzrost ciśnienia napełniania powoduje wzrost pracy serca i zapotrzebowania na tlen.

Długotrwała katecholaminemia doprowadza do spadku wrażliwości receptorów na katecholaminy.

4. Zwiększenie wolemii

- zwiększenie powrotu żylnego (preload) poprzez stymulację RAA i ADH.

Zwiększone ciśnienie napełniania w niewydolnym sercu nie daje jednak równie znacznej poprawy pojemności wyrzutowej jak w sercu wydolnym a konsekwencją są nieadekwatny wzrost pracy serca i zapotrzebowania na tlen oraz ujemne skutki przekrwienia biernego naczyń płucnych.

5. Zmiany w dystrybucji tlenu

- zwiększony lokalny wychwyt tlenu z krwi - sinica obwodowa

- poliglobulia, zwrost ilości elementów przenoszących tlen z powodu ↑ wytwarzania erytropoetyny przez niedotlenowaną nerkę.

Po przekroczeniu pewnej wartości hematokrytu niekorzystny wzrost krzepliwości, lepkości krwi i zaburzenia reologiczne przeważają nad efektami korzystnymi.

Podstawowe kryteria diagnostyczne niewydolności serca:

- orthopnoe - obrzęki miejscowe

- napadowa duszność nocna - kaszel nocny

- przepełnienie żył szyjnych - duszność wysiłkowa

- rzężenie płucne - powiększenie wątroby

- powiększenie sylwetki serca - przesięk do opłucnej

- ostry obrzęk płuc - częstość serca > 120/min

- ciśnienie żylne > 15 cm H₂O

- refleks wątrobowo - szyjny

Czynniki uszkadzające serce i zmniejszające jego wydolność powodują stopniowe upośledzenie rezerwy wysiłkowej, czyli zdolności do zwiększania pojemności minutowej w czasie wysiłku.

Do wykrycia i oceny stopnia niewydolności służą, więc próby czynnościowe oceniające pojemność minutową i/lub zużycie tlenu przez tkanki w trakcie wysiłku lub spoczynku.

Przyczyny i/lub następstwa NS:

- zmniejszenie gęstości receptorów β-adrenergicznych i aktywności cyklazy adenylanowej miocytów serca.

- zmniejszenie się wrażliwości baroreceptorów prowadzące do wzrostu stężęnia katecholamin.

Stężenie noradrenaliny (NA) w osoczu koreluje z ciężkością niedomogi i rokowaniem.

- zaburzenia metabolizmu NA w mięśniu sercowym, upośledzenie aktywności hydroksylazy tyrozyny i syntezy NA, spadek zapasów NA w tkance przy wzroście stężenia dopaminy.

- zmniejszenie aktywności ATP-azy miozyny → powstanie izozymów o wolnej aktywności oraz spadek liczby miofibrylli w miocytach serca powodują zmniejszenie szybkości i siły skracania włókien mięśniowych.

- zaburzenia wewnątrzkomórkowej dystrybucji Ca²⁺ - spadek wychwytu i stężenia Ca²⁺ w siatce sarkoplazmatycznej (upośledzenie ATP-azy) - zwiększony wychwyt w mitochondriach (wolniej reagujących na bodźce) - zaburzenia oksydatywnej fosforyzacji i resyntezy ATP w mitochondriach przeładowanych wapniem - lokalne ograniczenia ilości ATP i fosfokreatyny niezbędnej do prawidłowego pobudzenia i skurczu.

- postępujące usztywnienie naczyń spowodowane wzrostem ilości Na⁺ i H₂O w ich ścianach.

Nadciśnienie tętnicze a choroba nadciśnieniowa

- ciśnienie tętnicze = rzut minutowy · oporność naczyń obwodowych

- autoregulacja ciśnienia - sprzężenie między rzutem minutowym serca a opornością naczyń.

- wzrost metabolizmu - wzrost przepływu krwi (zmiany lokalne)

- szybka autoregulacja - skurcz tętniczek pośrednich (zwieracze przedkapilarne) - sekundy, minuty

- u zdrowego człowieka: ciśnienie niższe ok. 4-5 rano.

- w ciągu dnia zmienne.

Choroba nadciśnieniowa:

- nadciśnienie 140/90 mm Hg

- niekoniecznie (?) skutki w układzie krążenia i w innych narządach (głównie nerki, mózg - bez żadnych uchwytnych przyczyn)

OKRESY:

I - wstępny - przednadciśnieniowy - przygodny wzrost ciśnienia (niepokój, kołatanie serca, potliwość, bezsenność).

II - wzrost ciśnienia, ale może spadać po odpoczynku - też zawroty głowy, bóle za mostkiem, zadyszka po wysiłku

III - 170/100 - 250/120 - wyraźne zmiany narządowe, niewydolność lewokomorowa, zawał serca.

IV - zejściowy, zmiany w sercu, mózgu (rozmiękanie), nerkach, siatkówce, upośledzenie wzroku.

- jeżeli trwa 10 - 20 lat

- 70% - niewydolność krążenia (zwał)

- 20 % - zaburzenia mózgowe.

Nadciśnienie samoistne (85%)

- wzrost ciśnienia skurczowego i rozkurczowego

- nie da się stwierdzić żadnej konkretnej przyczyny

- zmiany w układzie krwionośnym i różnych narządach

Nadciśnienie złośliwe:

- burzliwy, niekontrolowany przebieg

- wysokie ciśnienie rozkurczowe (>130)

- zmiany w nerkach, szybko dochodzi do niewydolności

- napady obrzęku mózgu z bardzo silnymi bólami głowy

- zaburzenia widzenia

- utrata przytomności

- przejściowe porażęnie (TIA)

Nadciśnienie nerkopochodne (15%)

- przewlekłe stany zapalne miąższu nerek

- nieprawidłowości naczyń, głównie zwężenie tętnicy nerkowej.

Nadciśnienie wtórne:

- hormonalne:

- guz nadnerczy

- gruczolak nadnerczy (aldosteroma)

- zespół Cushinga

- nadczynność tarczycy

- przekwitanie

- miażdżycowe

- inne

Czynniki ryzyka:

- sercowo - naczyniowe

- narządowe.

Grupy Czynniki ryzyka Ryzyko ogólne

I brak małe

II czynniki sercowo - naczyniowe średnie - b. duże

III sercowowo - naczyniowe, narządowe, cukrzyca bardzo duże

IV choroby współistniejące bardzo duże

Choroba niedokrwienna serca

- stan uszkodzenia serca wskutek przewlekłej i/lub ostrej niewydolności wieńcowej serca

- niewydolność wieńcowa jest to zespół objawów chorobowych powstających w następstwie dysproporcji między zapotrzebowaniem energetycznym mięśnia sercowego a niedostatecznym dowozem do niego tlenu i substratów energetycznych.

Zapotrzebowanie mięśnia sercowego na tlen uzależnione jest od następujących czynników:

- częstości pracy serca

- wysokości skurczowego ciśnienia krwi

- kurczliwości serca (siły skurczu)

- jego napięcia pod koniec rozkurczu (równanie Laplace'a)

Przyczyny niewydolności wieńcowej:

- miażdżyca tętnic wieńcowych

- zapalenie tętnic wieńcowych (choroba reumatyczna, RZS, kiła, posocznica)

- wady zastawkowe aortalne - mechanizm hemodynamiczny - upośledzenie wypełniania tętnic wieńcowych w fazie rozkurczu serca

- zgrubienie błony mięśniowej tętnic serca z włóknieniem (radioterapia, skrobiawica, doustne środki antykoncepcyjne)

- choroba małych naczyń (guzkowe zapalenie tętnic, cukrzyca, RZS)

- kurcz tętnic wieńcowych - kurcz dotyczy prawidłowych lub częściej, zmienionych miażdżycowo tętnic wieńcowych lub naczyń krążenia obocznego.

Miażdżyca tętnic wieńcowych:

- zmiany miażdżycowe obejmują nasierdziowe tętnice wieńcowe tzn. gałęzie główne i początkowe odcinki ich odgałęzień odchodzących pod kątem prostym. Śródmięśniowe tętniczki wieńcowe są zazwyczaj wolne od tych zmian.

Dusznica bolesna = dławica piersiowa

- najczęstsza postać NS

- jest to przewlekła niewydolność wieńcowa, charakteryzująca się przejściowym napadem bólowym spowodowanym niedokrwieniem mięśnia sercowego, w czasie, którego zapotrzebowanie metaboliczne przewyższa możliwości krążenia wieńcowego.

Poniedokrwienne uszkodzenie mięśnia sercowego:

Wrażliwość różnych obszarów serca na niedokrwienie nie jest jednakowa. W podwsierdziowej intensywnie kurczącej się części mięśnia sercowego martwica pojawia się już po około 20 minutach całkowitego niedokrwienia. Natomiast nawet po 3 - 4 godzinach niedokrwienia w obszarze podnasierdziowym obserwuje się żywe komórki mięśnia wśród martwych i uszkodzonych. Każdy rejon martwicy zawałowej nie jest więc obszarem martwicy wszystkich komórek, ponadto jest on otoczony strefą potencjalnie odwracalnego uszkodzenia.

Reperfuzja może przywrócić im prawidłową funkcję. W przypadku chorego, który utracił znaczną masę mięśnia w zawale, uratowanie przed martwicą strefy uszkodzenia może stanowić o przeżyciu pacjenta.

Tętniak rozwarstwiający aorty:

Rozwarstwienie aorty to stan chorobowy charakteryzujący się pęknięciem błony wewnętrznej, przez które krew dostaje się między zewnętrzną a wewnętrzną warstwe błony środkowej wytwarzając fałszywy kanał.

Miejsca rozwarstwienia:

- aorta wstępująca - 65%

- aorta zstępująca - 25%

- łuk aorty - 10%

---