clase 3 ic fisiopatologia

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Prof. Dr. Raúl Edgar Orte Hipertrofia e Insuficiencia Cardíaca Fisiopatología Clínica

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Page 1: Clase 3 ic   fisiopatologia

Prof. Dr. Raúl Edgar Ortego

Hipertrofia e

Insuficiencia Cardíaca

Fisiopatología Clínica

Page 2: Clase 3 ic   fisiopatologia

Geometría Ventricular por ECOPVD

VD

Septum IV

Luz VI

Pared Libre VI

PVD

VD

Septum IV

Luz VI

Pared Libre VI

Page 3: Clase 3 ic   fisiopatologia

Por el Eco la dimensión

PVDVD

Septum IV

Luz VI

Pared Libre VI

Page 4: Clase 3 ic   fisiopatologia

Dimensiones Ventriculares

PVD

VD

Septum IV

“Luz” VI

Pared Libre VI

Page 5: Clase 3 ic   fisiopatologia

Geometría VentricularHipertrofia Septal

Page 6: Clase 3 ic   fisiopatologia

Cavidad (luz) Ventricular Izquierda

Page 7: Clase 3 ic   fisiopatologia

Pared Posterior Ventricular Izquierda

Page 8: Clase 3 ic   fisiopatologia

Geometría Ventricular Ganau A, Devereux RB, Roman MJ et al

Patterns of LV hypertrophy and Geometric Remodeling in essential Hypertension. J Am Coll Cardiol 1992; 19: 1550-58

H = 130 gr/m2

M = 110 gr/m2

Pared / LuzPared Libre /

Radio VI

0.43

IMVI

Normal

13%

27%

8 %

52%

¡¿8 %?!

RemodelaciónConcéntrica Hipertrofia Concéntrica

Hipertrofia Excéntrica

Page 9: Clase 3 ic   fisiopatologia

Hipertensión ArterialTarget Organ Damage - OMS 1999

Hipertrofia Ventricular IzquierdaProteinuria o Leve elevación de Creatinina

Plasmática ( 1,2 a 2 mg%)Evidencia Ultrasónica o radiográfica de

placa ateroscleróticaCarótida, ilíaca, femoral , aorta.

Estrechamiento generalizado o focalizado de las arterias retinianas.

Page 10: Clase 3 ic   fisiopatologia

Guidelines Heart Failure Actualización 2005

Page 11: Clase 3 ic   fisiopatologia

DefinicionesDorn GW et al: Phenotyping hypertrophy. Eschew

obfuscation. Circ Res 2003; 92: 1171-5

Hipertrofia: cardiomiocitos “enlarged” crecimiento celular sin división celular (Hypertrophic ≠ Hyperplastic growth)

¿Hiperplasia? Existen “cardiac stem-like cells” que pueden participar marginalmente (Regeneración Cardíaca) en la adaptación cardíaca a “sobrecargas” de volumen y/o presión, a distorsiones geométricas, a variaciones metabólicas, neurohormonales, etc

Page 12: Clase 3 ic   fisiopatologia

¿La Hipertrofia es una vía final común?

Deportista de Alto Rendimiento ¿Adaptación fisiológica? ¿Respuesta a exigencias patogénicas?

Manifestación común a diversas PatologíasHipertensión Arterial Cardiopatía isquémicaValvulopatíasAlteraciones Endocrino – Metabólicas.

(Diabetes, Obesidad, otras)Inflamatorias, infiltrativas no inflamatorias, otras.

Page 13: Clase 3 ic   fisiopatologia

Hipertrofia Excéntrica – Concéntrica ¿Sólo duplicación de Sarcómeras?

Excéntrica

Concéntrica

Page 14: Clase 3 ic   fisiopatologia

¿Qué es la Hipertrofia Cardíaca?

Un tamaño mayor que lo “normal” Infrecruente (“muy” diferente de la media)No siempre asociado a patologías

Hipertrofia del DeportistaImplica mayor síntesis proteica

Celular (Miocitos más grandes)Extracelular (Mayor matriz colágena)

La proporción en que se regula la síntesis proteica celular y extracelular no es una respuesta estereotipada ni constante

Page 15: Clase 3 ic   fisiopatologia

Estructura Celular VentricularComposición y Funciones

Miofibrilla 50-60% del volumen celular (Vol. Cel.). Elemento

Contráctil: Interacción filamentos finos - gruesos. Mitocondrias:

23% del Vol. Cel. Retículo Sarcoplásmico (RS):

2% del Vol. Cel. en el adulto y 33% en el neonato. Capta y libera Ca++ durante el ciclo contráctil.

Sarcoplasma: 18% del Vol. Cel. en humanos citoplasma + núcleos +

otras estructuras. Otras: Sarcolema - Sistema T- Cisternas Terminales RS -

Lisosomas

Page 16: Clase 3 ic   fisiopatologia

Hipertrofia Ventricular Mayor Síntesis Proteica Celular y Extracelular

Diagnóstico de un Proceso (dinámico)Proteínas con diferente expresión genética

1 2

34 3

Page 17: Clase 3 ic   fisiopatologia

Las Proteínas Contráctiles Sarcómera = Unidad Contráctil

Sarcómera Diastóle

Sarcómera Sístole

Actina

Miosina

BandaZ

LíneaM

Page 18: Clase 3 ic   fisiopatologia

Las Proteínas Contráctiles Actina - Miosina - Conectina (Titina)

Actina

Miosina

BandaZ

Titina

“Cabeza”de

Miosina

UniónActina-Miosina

MLProt

En la Hipertrofia cambia el fenotipo:¡Aumenta la proporción del patrón “Fetal”!

Page 19: Clase 3 ic   fisiopatologia

Actina - Tropomiosina -Troponinas

Actina Tropomiosina

ComplejoTroponina

T CI

En la Hipertrofia asociada a patologías hay disfunción del complejo

Page 20: Clase 3 ic   fisiopatologia

Hipertrofia CardíacaAlgunos Mecanismos Neuroendócrinos

Sistema Renina – Angiotensina – Aldosterona Sistema Adrenérgico Sistemas Reguladores del Calcio Intracelular Sistemas Reguladores del Metabolismo

Insulina Otros

Sistemas Reguladores de Intercambio de Sodio Sistemas de Péptidos Natriuréticos

ANP es muy buen “marcador” de re-expresión genética Otros Sistemas Promotores de Stress Oxidativo Otros ¿Cuántos?

Page 21: Clase 3 ic   fisiopatologia

AMPc

βAdenilCiclasa

El “ambiente” de la Sarcómera Cinética del Calcio Citoplasmático

Estímulo Adrenérgico – Receptor βeta

Canal L

EstímuloMetabólico SRS

Ca++

SERCA

Ca++

CalcioCitosólicoDiast 10-7MSist 10-5M

3 Na+

Ca++

Ca++

Extracelular

Ca++

RyR TPKAFosforilación

Proteica

Catecolaminas

Proteína G

Gs / G i

Interc

RyR

Page 22: Clase 3 ic   fisiopatologia

Remodelamiento VentricularAngiotensina II

La Angiotensina II (Ang II) es rápidamente liberada desde las células cardíacas al someterlas a un estiramiento agudo.

El subtipo I de los receptores a la Ang II (AT-1) es una vía de activación de un grupo de enzimas mitogénicas (Kinasas Proteicas) que participan en: El Crecimiento Celular (vg: extracellular

signal-regulated kinase or ERK1/2 y p38-β ) La Apoptosis (tal como c-Jun amino-terminal

kinase o JNK y p38-α).

Page 23: Clase 3 ic   fisiopatologia

Remodelamiento Ventricular Ang II – Aldosterona: No sólo Miocitos

La Ang II estimula tanto la formación del colágeno extracelular como de enzimas “limitantes” del mismo. Muchos mensajeros profibróticos parecen estar involucrados, entre otros el “Transforming Growth Factor- B 1” (TGF-B 1) . La evolución a la dilatación del ventrículo hipertrófico parece depender entre otros factores del deterioro de las uniones de las fibras de colágeno de la matriz mediado por enzimas “Metalloproteinases”La Aldosterona promueve síntesis de colágeno y … ¡¿disfunción diastólica?! ¿Colágeno “fisiológico”?

Page 24: Clase 3 ic   fisiopatologia

De la Hipertrofia Concéntrica a la DilataciónAngiotensina II y Metaloproteinasas

Ang II Apoptosis

Ang II estimula mecanismos de crecimiento y autolimitantes

AldosteronaAumenta síntesis Colágeno I y II

Opie LH. Heart Physiology From Cell to Circulation.

Page 25: Clase 3 ic   fisiopatologia

Prof. Dr. Raúl Edgar Ortego

Metabolismo CardíacoModificaciones en la Hipertrofia

¿“Camino” de la Hipertrofia a la Insuficiencia?Cardiac metabolism as a target for the treatment of heart failure.

Taegtmeyer H. (Editorial)Circulation. 2004;110:894–896

Page 26: Clase 3 ic   fisiopatologia

Mecanismos Neuroendócrino - Metabólicos

Sistema Renina – Angiotensina – Aldosterona Sistema Adrenérgico Sistemas Reguladores del Calcio Intracelular Sistemas Reguladores del Metabolismo

InsulinaOtros

Sistemas Reguladores de Intercambio de Sodio Sistemas de Péptidos Natriuréticos Otros Sistemas Promotores de Stress Oxidativo Otros ¿Cuántos?

Page 27: Clase 3 ic   fisiopatologia

Sustratos Energéticos del Miocardio

Ácidos Grasos

Glucosa

Ácido Láctico

Cuerpos Cetónicos

Page 28: Clase 3 ic   fisiopatologia

Producción Miocárdica de ATPContribución Relativa de los sustratos

Ácidos Grasos (AG)60 % a 70 %.

Hidratos de Carbono (H de C)Glucólisis Aeróbica: 20% a 30% Glucólisis Anaeróbica: 10%

Los AG son cuantitativamente más importantes y cualitativamente menos eficientes que H de C como fuente energética. AG requieren un 10 % más de O2 para producir una cantidad equivalente de ATP.

Page 29: Clase 3 ic   fisiopatologia

Selección del Sustrato Energético

Etapa del Desarrollo Corazón “fetal” selecciona diferente al “adulto”.

(“Prefiere” Glucosa a los Ácidos Grasos) Fisiopatología Hormonal

Sensibilidad a la Insulina Fisiopatología Cardio Circulatoria

Hipertrofia VentricularInsuficiencia Cardíaca

Page 30: Clase 3 ic   fisiopatologia

Cambios metabólicos en Hipertrofia Ventricular

Membrana Mitocondrial

Membrana Celular

Espacio Extracelular

Citoplasma

Ácidos Grasos Glucosa

TranspIns D

TranspIns Ind

Glucólisis

Pirúvico

LDH

Láctico

Pirúvico

Ciclo deKrebs

AGAcyl Co A

Acyl Carnitina

CPT 1 Carnitina

Acetil Carnitina

Acyl Carnitina

CPT 2

Acyl Co ABeta

OxidaciónCarnitina

CAT

PDH

¡ATP!

MitocondriaAcetil Co A

Page 31: Clase 3 ic   fisiopatologia

Hipertrofia VentricularFisiopatología Metabólica

La Hipertrofia Ventricular (HV) se asocia con cambios en la selección del sustrato y en la expresión genética de las enzimas que participan del metabolismo.

En la HV hay mayor utilización de Glucosa y menor oxidación de Ácidos Grasos.

Esto altera la función contráctil y mejora la supervivencia en condiciones desfavorables.

Page 32: Clase 3 ic   fisiopatologia

¡A trabajar!

Curso de CardiologíaDepartamento de Medicina Interna

Facultad de Ciencia Médicas – UN de Cuyo

Prof. Dr. Raúl Edgar Ortego

Page 33: Clase 3 ic   fisiopatologia

Hipertrofia Miocárdica (HM)Disbalance Positivo de Síntesis Proteica

¿Expresión alterada de genes reguladores de la síntesis proteica (fisiológicos)? o

¿Expresión de genes exclusivos de HM? o¿Expresión en combinaciones variables de ambos tipos de genes como respuesta?A estímulos Físicos mayores a la “media”

(“trabajo” cardíaco - Presión y/o Volumen -)A estímulos químicos mayores(¿distintos?) a la

“media” (Neuroendócrinos)

Page 34: Clase 3 ic   fisiopatologia

¿Todas las HVI son iguales? Miocardiopatía Hipertrófica (MCH)

Sistema “generador de Fuerza” (miosina de cadena “pesada”.

También genes de Troponinas – Cadenas livianas de Miosina

Miocardiopatía Dilatada (MCD) Sistema citoesquelético (proteínas no ligadas al

sistema generador de fuerza) Esquema útil pero no totalmente cierto:

MCH con alteración de Titina y Actina MCD con alteración de Miosina – cadenas pesada

Page 35: Clase 3 ic   fisiopatologia

Sistema Adrenérgico y Miofibrillas Modificaciones de función y tamaño

Page 36: Clase 3 ic   fisiopatologia

Estado HiperadrenérgicoAlgunas consecuencias metabólicas

“The Cape Town hypothesis”: en Insuficiencia Cardíaca existe un círculo vicioso metabólico con estos componentes:La activación adrenérgica sostenida incrementa los

niveles circulantes de Ácidos Grasos Libres (AGL). Los AGL promueven la actividad de proteínas

desacoplantes (más calor y menos ATP) en el corazón. La actividad de estas proteínas sustrae ¿desperdicia?

energía proveniente de la glucólisis

Page 37: Clase 3 ic   fisiopatologia

AMPc

βAdenilCiclasa

“Hiper” FosforilaciónDesensibilización Receptor βeta y más

Canal L Potencialde Acción

AlteraciónMetabólica SRS

Ca++

SERCA

Ca++

CalcioCitosólicoDiast 10-7MSist 10-5M

3 Na+

Ca++

Ca++

Extracelular

Ca++

RyRTPKA

“Hiper”Fosforilación

Proteica

HiperestímuloAdrenérgico

RyR

Interc

ProteínasFosforiladas

Page 38: Clase 3 ic   fisiopatologia

Sistema AdrenérgicoHipertrofia – Falla Cardíaca

El estímulo adrenérgico es promotor de hipertrofia, también de cambios funcionales tempranos, que se hacen notorios, al “llegar” a la “etapa” de la Insuficiencia Cardíaca.

En la Insuficiencia Cardíaca se observa una “desensibilización” de los receptores Adrenérgicos.

A pesar de esta “downregulation” de los receptores miocárdicos β - Adrenérgicos, la falla cardíaca puede verse como un estado hiperadrenérgico La activación β - Adrenérgica es un evento precoz y

constante en la Insuficiencia Cardíaca El aumento de la Norepinefrina plasmática es un dato

más constante de la insuficiencia cardíaca que el aumento de la Renina plasmática.

Page 39: Clase 3 ic   fisiopatologia

¿Sub-regulación = subrespuestas?o

¿Protección contra sobreestímulos?

“In response to exercise, much more marked episodic elevations in plasma norepinephrine occur in heart failure than in healthy hearts, raising the possibility that excess stimulation even of downregulated receptors could activate intracellular regulatory paths.”

Page 40: Clase 3 ic   fisiopatologia

Mecanismo de “Desensibilización”

“PKA-induced hyperphosphorylation”: Un estado Hiperadrenérgico sostenido se reflejará en una Hiperfosforilación de estructuras intracelulares inducida por Protein Kinasa A (PKA).

La hiperfosforilación del extremo interno del receptor βeta causa “desensibilización”.

Page 41: Clase 3 ic   fisiopatologia

Ca++

Hiperfosforilación“Desensibilización” βeta y etc

Receptor βCatecolaminas

Canal LPotencialde Acción

AMPc

AdenilCiclasa

SRS - Ca ++

Ca++

SERCA

Ca++

CalcioCitosólico

Diast 10-7MSist 10-5M

Interc

3 Na+

Ca++

Ca++

Extracelular

Protein KinasaPK “A”

(Fosforilación)

AlteracionesMetabólicas

RyR

Page 42: Clase 3 ic   fisiopatologia

Estímulo Beta Adrenérgico e ICModificaciones del Calcio Citoplasmático

En modelos experimentales de Insuficiencia Cardíaca se observa que la respuesta al estímulo βeta - adrenérgico opera también mediante un incremento del Calcio Citosólico (Ca ic) ingresante por Canales tipo L (L-type calcium current) para lograr aumentos transitorios de la actividad contráctil de fibras musculares aisladas “insuficientes”.

El conjunto de respuestas experimentales pueden explicarse como expresión de una “sobreactivación” de mecanismos intracelulares dependientes de estímulos β-adrenérgicos (cAMP and PKA ).

Page 43: Clase 3 ic   fisiopatologia

Hipertrofia y DisfunciónEstímulo β y dinámica del Calcioic

Una hipótesis actual es que el exceso de estimulación del Ryanodine Receptor mediada por PKA resulta en la depleción de proteínas “estabilizadoras” del RyR como la FKBP12.6 que provoca “leaks and malfunctions”.

Estudios con corazones humanos explantados (TX) mostraron que el Bloqueo β – Adrenérgico previo al explante restauró la función del RyR, la hiperfosforilación, y los niveles de proteínas afines a los receptores con mejoría de la compliance miocárdica y de la respuesta al isoproterenol.

Page 44: Clase 3 ic   fisiopatologia

Cinética del Calcioic y Beta Bloqueo

En estudios realizados con corazones humanos explantados (TX) el Bloqueo β previo al explante mostró un incremento del complejo proteico SERCA que podría ayudar a explicar la mejoría funcional y de la cinética del Calcio.

Page 45: Clase 3 ic   fisiopatologia

Una vía final común es el Calcioic Ryanodine Receptor (RyR)

El ingreso de Calcio al citoplasma por los canales L provoca liberación de más Calcio a partir del Retículo Sarcoplasmático.

Esta liberación de Calcio inducida por Calcio es regulada por el Receptor Ryanodina.

El RyR es objeto de intensa investigación.

Page 46: Clase 3 ic   fisiopatologia

SERCA (Sarcoplasmic-Endoplasmic Reticulum CAlcium uptake pump) Al finalizar la contracción el Calcioic es recapturado por mecanismos activos con la participación de este complejo enzimático que funciona “bombeándolo” hacia el retículo sarcoplasmático. En el corazón humano hay una Isoforma (SERCA 2ª)

La falla funcional que cursa con alteraciones en la cinética del Caic puede también depender en alguna medida de una disfunción de la SERCA.

Una vía final común es el Calcioic La Bomba “SERCA”

Page 47: Clase 3 ic   fisiopatologia

Síntesis Proteica Celular(SPC)

Resultado de una Regulación GenéticaBalance en la expresión:

Genes facilitadores de la SPCFactores EstimulantesFactores Inhibidores

Genes inhibitorios de la SPCFactores EstimulantesFactores Inhibidores

Page 48: Clase 3 ic   fisiopatologia

El Calcioic no explica todo

Otros posibles mecanismos para el beneficio del βeta – bloqueo son: Resensibilización de los receptores, Disminución de la Apoptosis inducida

por mecanismos Calcio - dependiente, Efecto metabólico mayor con mejoría en

la eficiencia de la utilización energética.