INSUFICIENCIA CARDIACA FISIOPATOLOGIA DE LA INSUFICIENCIA CARDIACA Francisco Ruiz Servicio de Urgencias Hospital Clínico Universitario

EVOLUCION HISTORICA MODELO CARDIORRENAL MODELO HEMODINAMICO MODELO NEUROHORMONAL MODELO BIOMOLECULAR

EVOLUCION HISTORICA MODELO CARDIORRENAL MODELO HEMODINAMICO MODELO NEUROHORMONAL MODELO BIOMOLECULAR

EVOLUCION HISTORICA MODELO CARDIORRENAL MODELO HEMODINAMICO MODELO NEUROHORMONAL MODELO BIOMOLECULAR

EVOLUCION HISTORICA MODELO CARDIORRENAL MODELO HEMODINAMICO MODELO NEUROHORMONAL MODELO BIOMOLECULAR

EVOLUCION HISTORICA MODELO CARDIORRENAL MODELO HEMODINAMICO MODELO NEUROHORMONAL MODELO BIOMOLECULAR Centra el interés en los cambios génicos, moleculares, celulares e intersticiales que se producen el corazón con IC. En la actualidad se consideran complementarios cada uno de estos modelos.

ESTRUCTURA DE CÉLULAS CONTRÁCTILES FISIOLOGIA ESTRUCTURA DE CÉLULAS CONTRÁCTILES Histológicamente el miocardio esta compuesta por fibras musculares (miocitos, que suponen un 75% del total) y una matriz de tejido conectivo. Del volumen total de los miocitos, el 50% son miofibrillas, encargadas de la contracción, y el 25-30% son mitocondrias encargadas del sustrato energético. Los miocitos se agrupan en paquetes constituyendo las miofibras. En el interior de cada miocito, las miofibrillas se agrupan en subunidades que constituyen las sarcomeras. Las sarcomeras están formadas por bandas oscuras o bandas A (que las forman filamentos gruesos y finos) y por bandas claras o bandas I, formadas exclusivamente por filamentos finos. En el centro de las bandas I existe una línea oscura, la línea Z, que representa la unión de los filamentos finos del sarcomero con los del sarcomero adyacente. Cada sarcomera la limitan 2 líneas Z. En el centro de la banda A, existe una línea, la línea M, donde solo existen filamentos gruesos y constituye la mitad del sarcomero. PROTEINAS CONTRACTILES: Los filamentos gruesos se componen de miosina, mientras que los finos los forman actina, tropomiosina y troponina. En situación de reposo, la tropomiosina impide la interacción actina-miosina. Cuando aumenta la concentración intracelular de calcio, este se une a la troponina, formando un complejo que varia la configuración de la tropomiosina permitiendo de esta manera la interacción actina-miosina. Se produce una flexión de la cabeza de miosina y un desplazamiento de los filamentos finos al centro del sarcomero, produciéndose un acortamiento del mismo y la contracción muscular. El proceso inverso viene determinado por la unión del ATP a las cabezas de miosina PROTEÍNAS CONTRÁCTILES

ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN-CONTRACCIÓN FISIOLOGIA ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN-CONTRACCIÓN La transmisión del estimulo eléctrico a la contracción cardiaca viene determinada por el ion calcio. La membrana del miocito presenta unas invaginaciones (tubulos transversales o sistema T) íntimamente relacionado al reticulo sarcoplasmico. Con la despolarización se produce la entrada de calcio desde el exterior al citoplasma, interaccionando con los receptores ryanodinicos del retículo sarcoplasmico, produciendo la liberación de grandes cantidades de calcio del reticulo al citoplasma. Este aumento de calcio facilita la interacción de la actina y miosina. El movimiento de calcio a través de la membrana se realiza por los receptores L del sarcolema (que son los receptores sobre los que actuan los antagonistas del calcio). El ingreso del calcio en el RS lo determina la bomba de calcio denominada SERCA, dependiente de ATP y regulada por una proteína denominada fosfolamban.

VOLUMEN SISTOLICO Para cualquier nivel de contractilidad, el funcionamiento del miocardio esta influido por la longitud de las fibras ventriculares al final de la diástole. Los principales determinantes de la precarga son: VOLUMEN TOTAL DE SANGRE DISTRIBUCION DEL VOLUMEN SANGUINEO (postura corporal, presión intratoracica, presión intrapericardica o el tono venoso) CONTRACCION AURICULAR Los factores que rigen la actividad del miocardio, independientemente del volumen teledistolico, actuan modificando la relación fuerza velocidad del miocardio (el mecanismo sobre el que actúan es la concentración de calcio en el citosol del miocito). Estos factores son: - ACTIVIDAD DEL SISTEMA ADRENERGICO RELACION FUERZA FRECUENCIA FARMACOS INOTROPICOS DE ADMINISTRACION EXOGENA DEPRESORES FISIOLOGICOS (hipoxia miocardica, isquemia, acidosis) DEPRESORES FARMACOLOGICOS DEPRESION MIOCARDICA La POSCARGA VENTRICULAR es la fuerza o tensión desarrollada en la pared del ventrículo durante la expulsión. Depende de la presión aortica y del volumen y grosor de la cavidad ventricular.

PRECARGA VOLUMEN SISTOLICO POSCARGA CONTRACTILIDAD Para cualquier nivel de contractilidad, el funcionamiento del miocardio esta influido por la longitud de las fibras ventriculares al final de la diástole. Los principales determinantes de la precarga son: VOLUMEN TOTAL DE SANGRE DISTRIBUCION DEL VOLUMEN SANGUINEO (postura corporal, presión intratoracica, presión intrapericardica o el tono venoso) CONTRACCION AURICULAR Los factores que rigen la actividad del miocardio, independientemente del volumen teledistolico, actuan modificando la relación fuerza velocidad del miocardio (el mecanismo sobre el que actúan es la concentración de calcio en el citosol del miocito). Estos factores son: - ACTIVIDAD DEL SISTEMA ADRENERGICO RELACION FUERZA FRECUENCIA FRAMACOS INOTROPICOS DE ADMINISTRACION EXOGENA DEPRESORES FISIOLOGICOS (hipoxia miocardica, isquemia, acidosis) DEPRESORES FARMACOLOGICOS DEPRESION MIOCARDICA La POSCARGA VENTRICULAR es la fuerza o tensión desarrollada en la pared del ventrículo durante la expulsión. Depende de la presión aortica y del volumen y grosor de la cavidad ventricular.

PRECARGA VOLUMEN SISTOLICO GASTO CARDIACO FRECUENCIA CARDIACA POSCARGA CONTRACTILIDAD TENSION ARTERIAL FRECUENCIA CARDIACA POSCARGA RESISTENCIAS PERIFERICAS

RETORNO VENOSO PRECARGA VOLUMEN SISTOLICO GASTO CARDIACO FRECUENCIA CONTRACTILIDAD POSCARGA VOLUMEN SISTOLICO FRECUENCIA CARDIACA GASTO CARDIACO RESISTENCIAS PERIFERICAS TENSION ARTERIAL PRESORRECEPTORES CAROTIDEO Y AORTICO CENTROS VASOMOTOR Y CARDIACO EN EL BULBO RAQUIDEO CENTROS NERVIOSOS SUPERIORES

FISIOLOGIA CICLO CARDIACO: Se compone de 2 procesos básicos: la sístole (que esta determinada por la contracción ventricular) y la diástole (que se compone de 2 sucesos, la relajación y el llenado ventricular)

FISIOPATOLOGIA PATRON DE DAÑO AGUDO DAÑO CRONICO MECANISMOS COMPENSADORES INSUFICIENCIA CARDIACA FISIOPATOLOGIA

alteración del miocardio insuficiencia cardiaca desencadenantes cambios moleculares perpetuación magnificación respuesta celular alteración del miocardio activación neurohormonal e inmunoinflamatoria función/geometría insuficiencia cardiaca

insuficiencia cardiaca cambios moleculares respuesta celular alteración del miocardio función/geometria insuficiencia cardiaca desencadenantes activación neurohormonal e inmunoinflamatoria perpetuación magnificación ALTERACION FUNCION CONTRACTIL

insuficiencia cardiaca cambios moleculares respuesta celular alteración del miocardio función/geometria insuficiencia cardiaca desencadenantes activación neurohormonal e inmunoinflamatoria perpetuación magnificación ALTERACION FUNCION CONTRACTIL REMODELADO VENTRICULAR

RESPUESTAS MOLECULARES Y CELULARES ALTERACION DEL METABOLISMO ENERGETICO Reduccion en la actividad CK (generadora de ATP) Enlentece el paso de Ca2+ ALTERACION EXCITACIÓN-CONTRACCION Descenso actividad SERCA-2a ALTERACION EN LA SEÑAL DEL RECEPTOR ß-ADRENERGICO

RESPUESTAS MOLECULARES Y CELULARES ALTERACION EN LA FUNCION Y EXPRESION DE PROTEINAS CONTRACTILES Alteracion en la expresion de genes que favorecen una respuesta hipertrofica Cadenas pesadas de miosina Troponina T ALTERACION DEL CITOESQUELETO Disbalance en la concentración de proteínas AUMENTO: desmina, tubulina, vinculina, distrofina, talina y espectrina DESCENSO: actinina, titina y miomesina Las alteraciones en la transducción de señal de los receptores beta, producirían un descenso en la concentración de receptores beta1 y con ello una respuesta disminuida al ejercico y una reducción de la reserva cardiaca.

MECANISMOS COMPENSADORES MODIFICACIONES AUTONOMAS DE LA FUNCION CONTRACTIL ACTIVACION DE SISTEMAS NEUROHORMONALES REMODELADO VENTRICULAR

MECANICA CONTRACTIL LEY de FRANK-STARLING Existen 2 mecanismos que responden a cambios en la hemodinamica cardiaca y que modifocan la mecanica contractil de forma autonoma e independiente de otros mecanismos compensadores. El mas conocido de ellos es la ley de Frank-Starling. (Un incremento en la longitud de las fibras conlleva una mejora en la función contráctil). Ademas en las fibras estiradas la sensibilidad al acalcio es mayor produciendo una mejora en la contraccion. El efecto ANREP, ser ia menos efectivo y conocido que el descrito previamente y haria frente al aumento de precarga, ya que un aumento en la tension de l apared de las fibras miocardica, produce un aumento en la fuerza contractil de los sarcomeros sin que estos modifiquen su longitud.

RESPUESTA NEUROHORMONAL OTROS SISTEMAS IMPLICADOS: ACTIVACION SRAA ACTIVACION SNS OTROS SISTEMAS IMPLICADOS: citoquinas proinflamatorias sistema hipotálamo-hipofisario sistema de las endotelinas péptidos natriuréticos óxido nítrico

SISTEMA RENINA – ANGIOTENSINA – ALDOSTERONA EFECTOS SOBRE EL MIOCARDIO sobrecarga e hipertrofia ventricular apoptosis fibrosis y remodelado cardiaco ACCIONES AT - II (mantener homeostasis circulatoria) vasoconstricción arteriolar reabsorción renal de Na+ secreción de aldosterona

ACTIVACION DEL SISTEMA ADRENERGICO ELEVACION CRONICA EN LAS CONCENTRACIONES DE CATECOLAMINAS efecto cronotrópico e inotrópica positivo estimula el eje renina-angiotensina-aldosterona favorece la apoptosis alteración en la expresión de receptores beta disminuyen los ß1 alteracion en la expresion genetica de ß2 y Þ El efecto viene determinado a través de 2 péptidos principales: la noradrenalina y la adrenalina. Incluso en pacientes con disfunción asintomático se encuentran niveles elevados. La activación del SNS conlleva un aumento en la fuerza contráctil y la frecuencia cardiaca por estimulación principalmente de los receptores beta1. Sin embargo a largo plazo la estimulación de los receptores alfa presentes en el miocardio conlleva la síntesis de factores de crecimiento celular que producen hipertrofia y expresión de un programa genético fetal que sintetiza miofibrillas inmaduras. A nivel renal, predominan los receptores alfa1, cuyo estimulo favorece la retención de sal y agua. Además en el aparato yuxtaglumerular existen receptores beta1 cuya estimulación produce la liberación de renina. A nivel vascular se produce un estimulo alfa1 en los vasos de la periferia donde son receptores mayoritarios y beta2 en región esplácnica, produciéndose una redistribución del gasto cardiaco con aumento de las resistencias y mantenimiento de la perfusión a nivel central. Todos los cambios eficaces al inicio dejan de ser eficaces al producirse la depleción en la reservas de noradrenalina y a las modificaciones que presentan los receptores al ser estimulados de forma continua. Así los alfa1 aumentan la densidad favoreciendo la vasoconstricción, toxicidad miocardica directa y la expresión de proteínas embrionarias; mientras que los beta1 disminuyen y los beta2 se desacoplan de sus segundos mensajeros.

CITOQUINAS PROINFLAMATORIAS Observación inicial de elevación del TNF en pacientes con IC y caquexia FAVORECEN LA PROGRESIÓN deprimen la contractilidad favorecen la disfunción endotelial favorecen la fibrosis e hipertrofia cardiaca favorecen la activación neurohormonal y la apoptosis SOBRECARGA CARDIACA REDUCCIÓN DE LA PERFUSIÓN TISULAR PRODUCCIÓN DE CITOQUINAS Y NEUROHORMONAS

RESPUESTA NEUROHORMONAL ACTIVACION SRAA ACTIVACION SNS

RESPUESTA NEUROHORMONAL ACTIVACION SRAA ACTIVACION SNS RETENCION HIDROSALINA VASOCONSTRICCION AUMENTO FC Y CONTRACTILIDAD

RESPUESTA NEUROHORMONAL ACTIVACION SRAA ACTIVACION SNS RETENCION HIDROSALINA VASOCONSTRICCION AUMENTO FC Y CONTRACTILIDAD CARDIOTOXICIDAD DIRECTA AUMENTO ESTRÉS PARED MIOCARDIO AUMENTO NECESIDADES DE O2 HIPERTROFIA MIOCARDIO DISMINUCION DE LA DAÑO MIOCITOS REMODELADO VENTRICULAR

REMODELADO VENTRICULAR Cambios en tamaño, masa y configuración del ventrículo izquierdo Está determinado por proliferación del miocito, fibrosis intersticial, apoptosis y factores contrarreguladores

REMODELADO VENTRICULAR Factores implicados en el remodelado del VI PROLIFERACION CELULAR FIBROSIS APOPTOSIS CONTRA REGULADORES Angiotensina II Catecolaminas Endotelina TNF-alfa GH IGF Cardiotropina-I Estiramiento mecánico Aldosterona TGF-beta Fas ANP BNP Bradicinina Oxido nítrico

CAMBIOS EN EL MIOCARDIO PÉRDIDA DE MIOCITOS ALTERACIONES EN LOS MIOCITOS EXCITACIÓN-CONTRACCIÓN EXPRESIÓN MIOSINA SENSIBILIDAD β-ADRENERGICA HIPERTROFIA MIOCITOLISIS PROTEINAS DEL CITOESQUELETO CAMBIOS EN EL MIOCARDIO PÉRDIDA DE MIOCITOS NECROSIS APOPTOSIS MATRIZ EXTRACELULAR DEGRADACIÓN MATRIZ FIBROSIS

REMODELADO VENTRICULAR Fibrosis como alteración histológica en IC Colágeno tipo I (resistencia) y tipo III (flexibilidad) Proceso dinámico de síntesis y degradación

APOPTOSIS Múltiples factores desencadenantes (hormonas, neurotransmisores, citokinas, radicales libres de O2) Inhibición de mecanismos de supervivencia (cardiotrofina-1, IGF-1, neuroglina, ...) Posibilidad de modificación farmacológica (anticaspasas, IGF-1, trasplantes células progenitoras, ...) It has been proposed that increased apoptosis with loss of myocytes contributes to progressive LV dysfunction in chronic HF [24]. The importance of this type of cell death in human cardiac remodeling is not yet firmly established. However, in myocardial samples from patients who underwent heart transplantation, apoptosis was increased more than 200-fold in the failing heart [26]. Apoptosis may be an important regulatory mechanism involved in the adaptive response to pressure overload (increased afterload) [25].

Muerte de cardiomiocitos ACTIVACION de la APOPTOSIS Hidrólisis de Proteínas contráctiles Anomalías del transporte de Ca2+ Disminución de síntesis de ATP Muerte de cardiomiocitos Disminución de la eficacia contráctil Disminución del número de cardiomiocitos Deslizamiento latero-lateral De las células Deterioro de la contractilidad Dilatación de la cámara ventricular DISFUNCION SISTOLICA

PEPTIDOS NATRIURETICOS PN

IECAS ESPIRONOLACTONA BETA BLOQUEANTES CANDESARTAN ACTIVACION NEUROHORMONAL REMODELADO VENTRICULAR