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¿Es correcto que poscarga = precarga + tensión activa?

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La precarga provoca el desarrollo de la misma cantidad de tensión pasiva que conduce a la distensión del músculo cardíaco. Además, la poscarga provoca el desarrollo de tensión activa o la formación de puentes cruzados que inicia la contracción. La tensión pasiva + la tensión activa contrarrestan la poscarga para provocar la contracción del músculo cardíaco a una velocidad determinada. (Usé conceptos de NLM aquí)


¿Cuál es el efecto de la precarga y la poscarga sobre la contracción muscular?

La precarga es la carga que se coloca en un músculo antes de que se contraiga. Sirve para estirar los sarcómeros musculares, produciendo así una tensión pasiva a través del músculo.

Esta tensión pasiva aumenta la contracción muscular de dos formas:

(i) Agrega una fuerza de retroceso elástica al músculo durante su contracción.

(ii) Estira el músculo hasta su longitud de reposo, produciendo la relación longitud-tensión óptima para la generación de fuerza activa. En situaciones de la vida real, es una práctica común estirar previamente un músculo utilizando músculos antagonistas. A través de la experiencia, aprendemos cuánta fuerza generan nuestros músculos en diferentes longitudes e inconscientemente, ajustamos la longitud del músculo antes de iniciar un movimiento para desarrollar la potencia que queremos. Después de la carga hay una fuerza opuesta que el músculo encuentra inmediatamente después de que comienza a contraerse. Es una fuerza que un músculo debe superar antes de que pueda producirse un acortamiento observable del mismo.

La contracción de un músculo poscargado es comparativamente menor. En situaciones de la vida real, las contracciones posteriores a la carga tienden a ocurrir en situaciones novedosas cuando se desconoce la magnitud de la carga o durante ajustes rápidos a perturbaciones inesperadas en la carga.

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Celular

La metabolización activa de los tejidos requiere un suministro constante de sangre para el suministro de nutrientes y la eliminación de productos de desecho. En condiciones ideales, el suministro de sangre al tejido se adapta a la tasa de consumo de oxígeno para permitir que los procesos bioquímicos se desarrollen a velocidades óptimas. Las situaciones que provocan un suministro de sangre insuficiente ralentizan o detienen completamente las reacciones vitales. Más específicamente, la perfusión subprime hace que las células cambien a vías metabólicas anaeróbicas que conducen a la generación de ácido láctico y otros compuestos bioactivos. Los efectos de la acumulación de metabolitos tóxicos incluyen pH celular reducido, desnaturalización enzimática y potenciales de membrana alterados. Estos cambios son perjudiciales para las células, los tejidos, los órganos y, finalmente, una catástrofe global si no se corrigen.


Contractilidad

La mayoría de las formas de insuficiencia cardíaca aguda y crónica se caracterizan por un deterioro de la contractilidad, y muchas opciones de tratamiento, como las catecolaminas y los inhibidores de la fosfodiesterasa, en el ámbito perioperatorio están dirigidas a mejorar la contractilidad del corazón.

Esto contrasta con el tratamiento de la insuficiencia cardíaca crónica, donde dominan la reducción de la poscarga y la precarga, mientras que las medidas inotrópicas positivas no son deseadas, con la excepción de la digital. La medición directa de la contractilidad mediante las curvas de presión y volumen es difícil en el entorno clínico. Las medidas indirectas incluyen la determinación ecocardiográfica de la fracción de eyección, la medición del gasto cardíaco, el volumen sistólico y el índice de trabajo del accidente cerebrovascular del ventrículo derecho e izquierdo en relación con la resistencia vascular sistémica y pulmonar.


Efecto de la presión intratorácica sobre la presión telediastólica

Los cambios respiratorios en la presión intratorácica afectan la presión telediastólica (y por lo tanto el volumen) de varias formas. Es básicamente un efecto hidráulico brutalmente estúpido: un aumento de la presión dentro del pecho se opone a la presión venosa de la sangre que intenta entrar en el pecho. El resultado es una precarga ventricular derecha reducida, que a su vez da lugar a una precarga ventricular izquierda reducida (ya que están conectados en serie). La precarga del ventrículo izquierdo también se ve afectada directamente, ya que la poscarga del ventrículo izquierdo disminuye, dando lugar a un volumen telesistólico más bajo. Estos asuntos se discuten con mayor detalle (y con diagramas estúpidos) en el capítulo sobre los efectos hemodinámicos de la ventilación con presión positiva.

  • Efecto del aumento de la presión intratorácica en el corazón derecho:
    • Aumenta la presión de RA y RV
      • Por lo tanto, disminuye el gradiente de presión para el flujo sanguíneo hacia las cámaras cardíacas.
      • Por lo tanto, disminuye la presión telediastólica del VD (en relación con la presión venosa central extratorácica)
      • Por lo tanto, disminuye el volumen telediastólico del VD.
      • La diferencia entre la presión intra-VI y la presión intrapleural disminuye la presión transmural del VI
      • Esto disminuye la poscarga
      • Disminuye la presión telesistólica del VI debido a la reducción de la poscarga
      • Disminuye la presión de la AI, debido a la disminución del gasto cardíaco del VD
      • Disminuye la presión telediastólica del VI debido a lo anterior

      Entonces, eso es presión intratorácica positiva. La presión negativa (p. Ej., En una persona que respira profundamente de forma espontánea o en alguien ventilado con NEEP) tiene, como era de esperar, los efectos opuestos. Esto incluía el incrementar en poscarga de LV. Hausknecht et al (1987) exploraron esto en un modelo de perro y determinaron que fundamentalmente el efecto de la presión intratorácica negativa sobre la poscarga del ventrículo izquierdo era funcionalmente indistinguible de la oclusión aórtica parcial.

      • Efecto de la disminución de la presión intratorácica en el corazón derecho:
        • Disminuye la presión de RA y RV
        • Por lo tanto, aumenta el flujo sanguíneo hacia las cámaras cardíacas.
        • Por tanto, aumenta la presión telediastólica del VD (en relación con la presión venosa central extratorácica)
        • La diferencia entre la presión intra-VI y la presión intrapleural aumenta la presión transmural del VI
        • Esto aumenta la poscarga del VI y, por lo tanto, aumenta la presión telesistólica del VI.
        • Por tanto, aumento de la presión telediastólica del VI

        ¿La línea de fondo? La presión intratorácica positiva disminuye la precarga, con consecuencias hemodinámicas no triviales. Esto queda claro a partir de este conjunto de datos de Jardin et al (1981) a través de Nunn (1984), donde el índice cardíaco de los pacientes con SDRA se grafica contra la PEEP. Observe la disminución gradual del índice cardíaco y la PAM con el aumento de la presión intratorácica. Luego observe cómo, a la presión más alta (PEEP de 30), el restablecimiento de la precarga (bolo de líquido de 10 ml / kg) invierte toda la maldad hemodinámica.


        1 respuesta 1

        Respuesta corta: Al tratar la insuficiencia cardíaca, el enfoque clave es aumentar el volumen sistólico. Para hacer esto, no solo disminuimos la poscarga, sino que también disminuimos la precarga y, a veces, aumentamos la contractilidad.

        Respuesta larga

        Entonces, la insuficiencia cardíaca tiene que ver con el gasto cardíaco (GC) y el GC = volumen sistólico (VS) * frecuencia cardíaca (FC). El problema clave en la insuficiencia cardíaca es la disminución del volumen sistólico, es decir, la cantidad de sangre que se expulsa del corazón en cada latido. Los recursos humanos a veces pueden ser relevantes, pero centrémonos en el SV por ahora.

        La VS está determinada principalmente por tres factores: poscarga, precarga y contractilidad. El mecanismo de Frank-Starling regula la relación entre estos factores.

        Existe una relación inversa entre la poscarga, la presión que debe superar el ventrículo izquierdo para expulsar sangre y el volumen sistólico que está representado por la curva fuerza / tensión. Por lo tanto, en el contexto de insuficiencia cardíaca y presión arterial alta, la reducción de la poscarga es clave.

        Sin embargo, existe una relación más compleja entre la precarga y el volumen sistólico. El volumen sistólico aumenta con el aumento de la precarga hasta un cierto umbral en el que la precarga hace que los sarcómeros de los músculos cardíacos se amplíen. En este punto, el aumento de la precarga reduce aún más el volumen sistólico. Esto a veces se denomina mecanismo Starling (ver figura 1). En el contexto de la sobrecarga de líquidos, como vemos en la insuficiencia cardíaca, la sangre se acumula en el torrente sanguíneo pulmonar, lo que conduce a un aumento de la precarga hasta el punto en que es tan alta que disminuye el volumen sistólico. Aquí es donde la disminución de la precarga es útil para aumentar el volumen sistólico.

        Figura 2 El mecanismo de Starling (tenga en cuenta que el volumen telediastólico ventricular es

        La relación entre la precarga y el volumen sistólico está aún más determinada por la contractilidad del corazón. Un aumento de la contractilidad conduce a un mayor aumento del volumen sistólico con cada unidad de precarga (ver figura 2). En la insuficiencia cardíaca, la contractilidad suele disminuir, lo que conduce a un volumen sistólico más bajo en relación con la precarga. A veces, especialmente en un entorno de cuidados intensivos, la contractilidad aumenta al administrar medicamentos inotrópicos.

        figura 3 (LV EDP: volumen telediastólico del ventrículo izquierdo (es decir, precarga))

        Entonces, cuando tratamos la insuficiencia cardíaca, podemos manipular todos esos factores para aliviar el problema clave de un volumen sistólico bajo.


        Contenido

        El sistema se puede activar cuando hay una pérdida de volumen sanguíneo o una caída de la presión arterial (como en una hemorragia o deshidratación). Esta pérdida de presión es interpretada por barorreceptores en el seno carotídeo. También se puede activar mediante una disminución en la concentración de cloruro de sodio filtrado (NaCl) o una disminución en la tasa de flujo del filtrado que estimulará la mácula densa para indicar a las células yuxtaglomerulares que liberen renina. [ cita necesaria ]

        1. Si la perfusión del aparato yuxtaglomerular en la mácula densa del riñón disminuye, las células yuxtaglomerulares (células granulares, pericitos modificados en el capilar glomerular) liberan la enzimarenina.
        2. La renina escinde un decapéptido del angiotensinógeno, una proteína globular. El decapéptido se conoce como angiotensina I.
        3. La angiotensina I luego se convierte en un octapéptido, angiotensina II por la enzima convertidora de angiotensina (ECA), [8] que se cree que se encuentra principalmente en las células endoteliales de los capilares de todo el cuerpo, dentro de los pulmones y en las células epiteliales de los riñones. Un estudio de 1992 encontró ECA en todas las células endoteliales de los vasos sanguíneos. [9]
        4. La angiotensina II es el principal producto bioactivo del sistema renina-angiotensina, que se une a los receptores de las células mesangiales intraglomerulares, lo que hace que estas células se contraigan junto con los vasos sanguíneos que las rodean y provocan la liberación de aldosterona de la zona glomerulosa en la corteza suprarrenal. La angiotensina II actúa como una hormona endocrina, autocrina / paracrina e intracrina.

        La angiotensina I puede tener alguna actividad menor, pero la angiotensina II es el principal producto bioactivo. La angiotensina II tiene una variedad de efectos en el cuerpo: [ cita necesaria ]

        • En todo el cuerpo, la angiotensina II es un potente vasoconstrictor de arteriolas.
        • En los riñones, la angiotensina II contrae las arteriolas glomerulares y tiene un efecto mayor sobre las arteriolas eferentes que sobre las aferentes. Como ocurre con la mayoría de los otros lechos capilares del cuerpo, la constricción de las arteriolas aferentes aumenta la resistencia arteriolar, elevando la presión arterial sistémica y disminuyendo el flujo sanguíneo. Sin embargo, los riñones deben continuar filtrando suficiente sangre a pesar de esta caída en el flujo sanguíneo, lo que requiere mecanismos para mantener alta la presión sanguínea glomerular. Para hacer esto, la angiotensina II contrae las arteriolas eferentes, lo que hace que la sangre se acumule en el glomérulo, aumentando la presión glomerular. De este modo, se mantiene la tasa de filtración glomerular (TFG) y la filtración de sangre puede continuar a pesar de la disminución del flujo sanguíneo renal general. Debido a que la fracción de filtración, que es la relación entre la tasa de filtración glomerular (TFG) y el flujo plasmático renal (FRP), ha aumentado, hay menos líquido plasmático en los capilares peritubulares aguas abajo. Esto, a su vez, conduce a una disminución de la presión hidrostática y a un aumento de la presión oncótica (debido a las proteínas plasmáticas no filtradas) en los capilares peritubulares. El efecto de la disminución de la presión hidrostática y el aumento de la presión oncótica en los capilares peritubulares facilitará una mayor reabsorción de líquido tubular.
        • La angiotensina II disminuye el flujo sanguíneo medular a través de los vasos rectos. Esto disminuye el lavado de NaCl y urea en el espacio medular del riñón. Por tanto, concentraciones más altas de NaCl y urea en la médula facilitan una mayor absorción de líquido tubular. Además, el aumento de la reabsorción de líquido en la médula aumentará la reabsorción pasiva de sodio a lo largo de la rama ascendente gruesa del asa de Henle.
        • La angiotensina II estimula el Na +
          / H +
          intercambiadores ubicados en las membranas apicales (frente a la luz tubular) de las células en el túbulo proximal y la rama ascendente gruesa del asa de Henle además de Na +
          canales en los conductos colectores. Esto finalmente conducirá a una mayor reabsorción de sodio.
        • La angiotensina II estimula la hipertrofia de las células del túbulo renal, lo que conduce a una mayor reabsorción de sodio.
        • En la corteza suprarrenal, la angiotensina II actúa para provocar la liberación de aldosterona. La aldosterona actúa sobre los túbulos (p. Ej., Los túbulos contorneados distales y los conductos colectores corticales) en los riñones, haciendo que reabsorban más sodio y agua de la orina. Esto aumenta el volumen sanguíneo y, por lo tanto, aumenta la presión arterial. A cambio de la reabsorción de sodio en sangre, el potasio se secreta en los túbulos, pasa a formar parte de la orina y se excreta.
        • La angiotensina II provoca la liberación de hormona antidiurética (ADH), [5] también llamada vasopresina: la ADH se produce en el hipotálamo y se libera de la glándula pituitaria posterior. Como sugiere su nombre, también exhibe propiedades vasoconstrictoras, pero su principal curso de acción es estimular la reabsorción de agua en los riñones. La ADH también actúa sobre el sistema nervioso central para aumentar el apetito de sal de un individuo y para estimular la sensación de sed.

        Estos efectos actúan directamente juntos para aumentar la presión arterial y se oponen al péptido natriurético auricular (ANP).

        Se han encontrado sistemas renina-angiotensina expresados ​​localmente en varios tejidos, incluidos los riñones, las glándulas suprarrenales, el corazón, la vasculatura y el sistema nervioso, y tienen una variedad de funciones, incluida la regulación cardiovascular local, en asociación o independientemente de la renina sistémica. –Sistema de angiotensina, así como funciones no cardiovasculares. [8] [10] [11] Fuera de los riñones, la renina se recoge predominantemente de la circulación, pero puede secretarse localmente en algunos tejidos, su precursora prorenina se expresa en gran medida en los tejidos y más de la mitad de la prorenina circulante es de origen extrarrenal, pero su papel fisiológico además de servir como precursor de la renina aún no está claro. [12] Fuera del hígado, el angiotensinógeno se recoge de la circulación o se expresa localmente en algunos tejidos con renina; forman angiotensina I, y la enzima convertidora de angiotensina expresada localmente, la quimasa u otras enzimas pueden transformarla en angiotensina II. [12] [13] [14] Este proceso puede ser intracelular o intersticial. [8]

        En las glándulas suprarrenales, es probable que esté involucrado en la regulación paracrina de la secreción de aldosterona en el corazón y la vasculatura, puede estar involucrado en la remodelación o el tono vascular y en el cerebro, donde es en gran medida independiente del SRA circulatorio, puede estar involucrado. en la regulación local de la presión arterial. [8] [11] [15] Además, tanto el sistema nervioso central como el periférico pueden usar la angiotensina para la neurotransmisión simpática. [16] Otros lugares de expresión incluyen el sistema reproductivo, la piel y los órganos digestivos. Los medicamentos dirigidos al sistema sistémico pueden afectar la expresión de esos sistemas locales, de manera beneficiosa o adversa. [8]

        En el feto, el sistema renina-angiotensina es predominantemente un sistema de pérdida de sodio, [ cita necesaria ] ya que la angiotensina II tiene poco o ningún efecto sobre los niveles de aldosterona. Los niveles de renina son altos en el feto, mientras que los niveles de angiotensina II son significativamente más bajos, esto se debe al flujo sanguíneo pulmonar limitado, lo que evita que la ECA (que se encuentra predominantemente en la circulación pulmonar) tenga su efecto máximo. [ cita necesaria ]


        Otros factores que influyen en la frecuencia cardíaca

        Usando una combinación de autorritmicidad e inervación, el centro cardiovascular es capaz de proporcionar un control relativamente preciso sobre la FC. Sin embargo, hay una serie de otros factores que también tienen un impacto en la FC, incluidos los niveles de epinefrina, NE y hormonas tiroideas de varios iones, incluidos calcio, potasio y sodio, hipoxia de la temperatura corporal y equilibrio del pH. La Tabla 1 y la Tabla 2 ilustran el efecto que tiene cada factor sobre la frecuencia cardíaca. Después de leer esta sección, la importancia de mantener la homeostasis debería ser aún más evidente.

        Tabla 1. Factores principales que aumentan la frecuencia cardíaca y la fuerza de contracción
        Factor Efecto
        Nervios cardioaceleradores Liberación de norepinefrina
        Propiorreceptores Aumento de las tasas de disparo durante el ejercicio.
        Quimiorreceptores Disminución de los niveles de O2 aumento de los niveles de H +, CO2y ácido láctico
        Barorreceptores Disminución de las tasas de disparo, lo que indica una disminución del volumen / presión sanguínea
        Sistema límbico Anticipación al ejercicio físico o emociones fuertes.
        Catecolaminas Aumento de epinefrina y norepinefrina
        Hormonas tiroideas Aumento de T3 y T4
        Calcio Ca 2+ aumentado
        Potasio Disminución de K +
        Sodio Disminución de Na +
        Temperatura corporal Aumento de la temperatura corporal
        Nicotina y cafeína Estimulantes, aumento de la frecuencia cardíaca.
        Tabla 2. Factores que disminuyen la frecuencia cardíaca y la fuerza de contracción
        Factor Efecto
        Nervios cardioinhibidores (vago) Liberación de acetilcolina
        Propiorreceptores Disminución de las tasas de disparo después del ejercicio.
        Quimiorreceptores Niveles elevados de O2 niveles disminuidos de H + y CO2
        Barorreceptores Aumento de las tasas de disparo, lo que indica un mayor volumen / presión sanguínea.
        Sistema límbico Anticipación a la relajación
        Catecolaminas Disminución de la adrenalina y la noradrenalina.
        Hormonas tiroideas Disminución de T3 y T4
        Calcio Ca 2+ disminuido
        Potasio K + aumentado
        Sodio Aumento de Na +
        Temperatura corporal Disminución de la temperatura corporal.

        Epinefrina y noradrenalina

        Las catecolaminas, epinefrina y NE, secretadas por la médula suprarrenal, forman un componente del mecanismo extendido de lucha o huida. El otro componente es la estimulación simpática. La epinefrina y la NE tienen efectos similares: se unen a los receptores beta-1 y abren canales controlados por ligandos o químicos de iones de sodio y calcio. La tasa de despolarización aumenta por esta entrada adicional de iones cargados positivamente, por lo que el umbral se alcanza más rápidamente y el período de repolarización se acorta. Sin embargo, las liberaciones masivas de estas hormonas junto con la estimulación simpática pueden conducir a arritmias. No hay estimulación parasimpática de la médula suprarrenal.

        Hormonas tiroideas

        En general, los niveles elevados de hormona tiroidea o tiroxina aumentan la frecuencia cardíaca y la contractilidad. El impacto de la hormona tiroidea suele durar mucho más que el de las catecolaminas. La forma fisiológicamente activa de la hormona tiroidea, T3 o triyodotironina, se ha demostrado que entra directamente en los cardiomiocitos y altera la actividad a nivel del genoma. También afecta la respuesta beta adrenérgica similar a la epinefrina y la NE descritas anteriormente. Los niveles excesivos de tiroxina pueden desencadenar taquicardia.

        Calcio

        Los niveles de iones de calcio tienen un gran impacto tanto en la FC como en la contractilidad a medida que aumentan los niveles de iones de calcio, al igual que la FC y la contractilidad. Los niveles altos de iones de calcio (hipercalcemia) pueden estar implicados en un intervalo QT corto y una onda T ensanchada en el ECG. El intervalo QT representa el tiempo desde el inicio de la despolarización hasta la repolarización de los ventrículos e incluye el período de sístole ventricular. Los niveles extremadamente altos de calcio pueden provocar un paro cardíaco. Los fármacos conocidos como bloqueadores de los canales de calcio ralentizan la FC al unirse a estos canales y bloquear o ralentizar el movimiento hacia adentro de los iones de calcio.

        Cafeína y nicotina

        La cafeína y la nicotina no se encuentran naturalmente en el cuerpo. Ambos fármacos no regulados tienen un efecto excitador sobre las membranas de las neuronas en general y tienen un efecto estimulante sobre los centros cardíacos específicamente, provocando un aumento de la FC. La cafeína actúa aumentando las tasas de despolarización en el nodo SA, mientras que la nicotina estimula la actividad de las neuronas simpáticas que envían impulsos al corazón.

        Aunque es la droga psicoactiva más consumida en el mundo, la cafeína es legal y no está regulada. Si bien no se han establecido cantidades precisas, el consumo de & ldquonormal & rdquo no se considera dañino para la mayoría de las personas, aunque puede causar trastornos del sueño y actúa como diurético. Se advierte contra su consumo por mujeres embarazadas, aunque no se ha confirmado evidencia de efectos negativos. La tolerancia e incluso la adicción física y mental a la droga dan como resultado que los individuos consuman la sustancia de manera rutinaria.

        La nicotina también es un estimulante y produce adicción. Si bien es legal y no regulado, las preocupaciones sobre la seguridad de la nicotina y los rsquos y los vínculos documentados con enfermedades respiratorias y cardíacas han dado lugar a etiquetas de advertencia en los paquetes de cigarrillos.

        Factores que disminuyen la frecuencia cardíaca

        La FC puede reducirse cuando una persona experimenta niveles alterados de sodio y potasio, hipoxia, acidosis, alcalosis e hipotermia. La relación entre los electrolitos y la FC es compleja, pero mantener el equilibrio electrolítico es fundamental para la onda normal de despolarización. De los dos iones, el potasio tiene el mayor significado clínico. Inicialmente, tanto la hiponatremia (niveles bajos de sodio) como la hipernatremia (niveles altos de sodio) pueden provocar taquicardia. La hipernatremia muy alta puede provocar fibrilación, lo que puede hacer que cese el CO. La hiponatremia grave produce bradicardia y otras arritmias. La hipopotasemia (niveles bajos de potasio) también conduce a arritmias, mientras que la hiperpotasemia (niveles altos de potasio) hace que el corazón se vuelva débil y flácido y, finalmente, falle.

        El músculo cardíaco depende exclusivamente del metabolismo aeróbico para obtener energía. La hipoxia (un suministro insuficiente de oxígeno) conduce a una disminución de la frecuencia cardíaca, ya que las reacciones metabólicas que alimentan la contracción del corazón están restringidas.

        La acidosis es una condición en la que hay un exceso de iones de hidrógeno y la sangre del paciente expresa un valor de pH bajo. La alcalosis es una afección en la que hay muy pocos iones de hidrógeno y la sangre del paciente tiene un pH elevado. El pH normal de la sangre cae en el rango de 7.35 & ndash7.45, por lo que un número más bajo que este rango representa acidosis y un número más alto representa alcalosis. Recuerde que las enzimas son los reguladores o catalizadores de prácticamente todas las reacciones bioquímicas; son sensibles al pH y cambiarán de forma ligeramente con valores fuera de su rango normal. Estas variaciones en el pH y los cambios físicos leves que las acompañan en el sitio activo de la enzima disminuyen la velocidad de formación del complejo enzima-sustrato, disminuyendo posteriormente la velocidad de muchas reacciones enzimáticas, que pueden tener efectos complejos sobre la FC. Los cambios severos en el pH conducirán a la desnaturalización de la enzima.

        La última variable es la temperatura corporal. La temperatura corporal elevada se llama hipertermia y la temperatura corporal suprimida se llama hipotermia. La hipertermia leve aumenta la frecuencia cardíaca y la fuerza de contracción. La hipotermia ralentiza el ritmo y la fuerza de las contracciones cardíacas. Esta clara desaceleración del corazón es un componente del reflejo de buceo más grande que desvía la sangre a los órganos esenciales mientras está sumergido. Si se enfría lo suficiente, el corazón dejará de latir, una técnica que puede emplearse durante la cirugía a corazón abierto. En este caso, la sangre del paciente se desvía normalmente a una máquina cardiopulmonar artificial para mantener el suministro de sangre y el intercambio de gases del cuerpo hasta que se completa la cirugía y se puede restaurar el ritmo sinusal. Tanto la hipertermia como la hipotermia excesivas provocarán la muerte, ya que las enzimas impulsan a los sistemas corporales a dejar de funcionar normalmente, comenzando por el sistema nervioso central.


        Fisiopatología de la insuficiencia cardíaca diastólica: relajación y rigidez

        D. DIRK BONNEMA MD,. MICHAEL R. ZILE MD, en Diastología, 2008

        ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CARDIOVASCULAR EN LA INSUFICIENCIA CARDÍACA DIASTÓLICA

        El dengue hemorrágico se asocia típicamente con una remodelación significativa que afecta las cámaras del VI y el AI, los cardiomiocitos y la matriz extracelular. La remodelación estructural que se produce en la dengue hemorrágico difiere drásticamente de la de la SHF.

        Remodelación de la cámara ventricular izquierda

        Los pacientes con dengue hemorrágico por lo general presentan un patrón concéntrico de remodelado del VI y un proceso hipertrófico que se caracteriza por un volumen telediastólico normal o casi normal, un aumento del espesor de la pared y un aumento de la relación masa-volumen con un aumento de la relación del espesor de la pared. -Radio a la cámara. Por el contrario, los pacientes con SHF presentan un patrón de remodelado excéntrico con un aumento del volumen telediastólico (que suele ser progresivo en el tiempo), un aumento de la masa del VI pero poco aumento del grosor de la pared y una disminución sustancial de las relaciones de masa a volumen y espesor al radio (Fig. 2-10). 1, 2, 9, 11, 17, 25, 26

        Remodelación de cardiomiocitos y matriz extracelular

        Las dramáticas diferencias en la morfología y geometría de los órganos señaladas anteriormente son paralelas a las diferencias anatómicas a nivel microscópico. En la dengue hemorrágico, el cardiomiocito presenta un diámetro aumentado, con poco o ningún cambio en la longitud, lo que corresponde al aumento del grosor de la pared del VI sin cambios en el volumen del VI (fig. 2-11). Por el contrario, en la SHF, los cardiomiocitos se alargan, con poco o ningún cambio de diámetro, lo que corresponde al aumento del volumen del VI sin cambio en el grosor de la pared del VI. Es fácil imaginar cómo la remodelación estructural geométrica de estos cardiomiocitos provoca la remodelación que se observa en las cámaras del VI que pueblan.

        En el dengue hemorrágico, hay un aumento en la cantidad de colágeno, con un incremento correspondiente en el ancho y la continuidad de los componentes fibrilares de la matriz extracelular (fig. 2-12). En la SHF, al menos al principio de su desarrollo, hay degradación y ruptura del colágeno fibrilar. 2, 25, 26 En la SHF en etapa terminal, la fibrosis de reemplazo y la cicatrización isquémica pueden resultar en un aumento general del colágeno fibrilar dentro de la matriz extracelular.

        Función diastólica del ventrículo izquierdo en la insuficiencia cardíaca diastólica

        La función diastólica del VI anormal es un hallazgo universal en pacientes con dengue hemorrágico. De hecho, estas anomalías en la función diastólica forman la base fisiopatológica dominante para el desarrollo de dengue hemorrágico. 7 a 11, 15, 17, 25, 26

        Las principales anomalías en la función diastólica del VI que contribuyen al desarrollo de dengue hemorrágico o ocurren durante el mismo incluyen:

        Relajación miocárdica lenta, retardada e incompleta

        Velocidad y extensión deficiente del llenado del VI

        Cambio de llenado de diástole temprana a tardía

        Disminución de la succión / retroceso diastólico temprano

        Presión LA aumentada durante el llenado temprano

        Propiedades elásticas pasivas alteradas del ventrículo, lo que resulta en un aumento de la rigidez pasiva y una disminución de la distensibilidad diastólica.

        Incapacidad para aumentar suficientemente el gasto cardíaco durante el ejercicio

        Incapacidad para aumentar suficientemente la relajación durante el ejercicio.

        Incapacidad para utilizar el mecanismo de Frank-Starling durante el ejercicio.

        Aumento de las presiones diastólicas de LV, LA y venosas pulmonares en reposo o durante el ejercicio

        En un paciente dado, el deterioro de uno o más de estos parámetros dará como resultado una distensibilidad disminuida de la cámara del VI, que se manifiesta por un aumento de la presión diastólica en cualquier volumen del VI dado. Cuando la relajación miocárdica está alterada en la disfunción diastólica, la velocidad y la cantidad de llenado del VI en diastólico temprano se reducen, con un desplazamiento relativo del llenado del VI a la última parte de la diástole (v. Fig. 2-5). La onda Doppler E disminuye, la carga hemodinámica en la aurícula aumenta y la contracción auricular hace una contribución más importante al llenado ventricular que en sujetos normales. Esto se refleja en un aumento de la onda Doppler A y una disminución en la relación E / A (v. Fig. 2-7). La sobrecarga auricular crónica puede eventualmente resultar en fibrilación auricular, que puede resultar en la pérdida de la contracción auricular, reducciones dramáticas en el vaciamiento de la AI, el llenado del LV y el volumen sistólico del LV y un aumento significativo en las presiones diastólicas del LV. La redistribución del llenado de la diástole temprana a la tardía también significa que el llenado del VI y el vaciado de la AI están más comprometidos en pacientes con disfunción diastólica que en pacientes normales por la aparición de taquicardia. Un aumento de la frecuencia cardíaca acorta la duración de la diástole y trunca la importante fase tardía del llenado diastólico.

        Función diastólica de los cardiomiocitos en la insuficiencia cardíaca diastólica

        Las anomalías significativas en la función diastólica del VI observadas a nivel de la cámara son paralelas a las anomalías en la función diastólica de los cardiomiocitos observadas a nivel celular. La función diastólica de los cardiomiocitos se abordó directamente en dos estudios en los que los pacientes con dengue hemorrágico se sometieron a una biopsia endomiocárdica y se aislaron cardiomiocitos únicos para evaluar el rendimiento diastólico celular. 25, 26 Los cardiomiocitos tenían un aumento de la tensión en reposo en ausencia de calcio que era casi el doble que los cardiomiocitos de control. Estas in vitro los datos de la celda correspondían a un en vivo aumento de la presión telediastólica del VI en estos pacientes con dengue hemorrágico. Estos datos indican que los cardiomiocitos de pacientes con dengue hemorrágico tienen mayor rigidez y disminución de la distensibilidad en comparación con los cardiomiocitos normales. Por lo tanto, estos estudios clínicos, junto con los estudios que utilizan modelos animales de dengue hemorrágico, mostraron que existen claros paralelos en las anomalías en la función diastólica entre la cámara del VI y las células individuales del músculo cardíaco que constituyen el miocardio. 27

        Función sistólica del ventrículo izquierdo en la insuficiencia cardíaca diastólica

        En el capítulo 28 se proporciona una descripción detallada de la función sistólica en pacientes con dengue hemorrágico. La anomalía funcional dominante en pacientes con SHF es la función sistólica del VI anormal. La fracción de eyección es normal en pacientes con dengue hemorrágico, pero si las anomalías en las propiedades sistólicas del VI contribuyen a la fisiopatología de la dengue hemorrágico sigue siendo un área de investigación activa. Estudios recientes han examinado cuidadosamente las propiedades sistólicas globales y regionales del VI en pacientes con dengue hemorrágico definido. Estos estudios han demostrado claramente que las propiedades sistólicas globales del VI son normales en pacientes con dengue hemorrágico. El índice de propiedades sistólicas del VI más comúnmente utilizado es la fracción de eyección; sin embargo, una evaluación completa del comportamiento contráctil del ventrículo requiere el uso combinado de índices que reflejan el rendimiento, la función y la contractilidad sistólica del VI, así como una consideración de la funciones regionales. Se han realizado las siguientes mediciones en pacientes con dengue hemorrágico definido:

        Rendimiento del VI medido como trabajo de carrera

        Función del VI medida como fracción de eyección y trabajo por accidente cerebrovascular reclutable con precarga

        Contractilidad del VI medida como pico (+) dP / dt, elastancia telesistólica y la relación estrés-acortamiento endocárdico

        Los pacientes con dengue hemorrágico no presentan cambios significativos en ninguna de estas mediciones en comparación con los sujetos de control normales de la misma edad y sexo. 11 Si bien estas mediciones globales de las propiedades sistólicas del VI son normales en pacientes con dengue hemorrágico, las propiedades sistólicas regionales como el acortamiento fraccional de la pared media y el grado y la velocidad del acortamiento del eje largo pueden ser anormales en algunos pacientes (& gt50%) con dengue hemorrágico. Sin embargo, estas anomalías regionales no parecen tener una relación causal ni con la fisiopatología de la disfunción diastólica ni con el desarrollo de dengue hemorrágico. 2

        Abnormal Diastolic Function in Decompensated Diastolic Heart Failure

        As previously discussed, abnormal LV diastolic function is a universal finding in patients with DHF. Indeed, these abnormalities in diastolic function form the dominant pathophysiologic basis for the development of DHF. Even in patients with “compensated” DHF (NYHA classes II–III), abnormal relaxation, filling, and stiffness lead to increased diastolic pressures ( Fig. 2-13 ). Further changes in diastolic function occur when patients develop decompensated DHF. 28, 29 For example, atrial fibrillation, tachycardia, or uncontrolled hypertension can lead to rapid increases in LA pressures and the development of decompensated DHF. Under these circumstances, the rise in pressure causes a significant change in transmitral Doppler flow pattern (as previously described). There is pseudonormalization of the ratio of ventricular to atrial filling velocities (E to A ratio) and when atrial pressures are extremely increased, to a frankly restrictive pattern. These changes in relaxation and filling are associated with changes in distensibility. During compensated DHF, the LV diastolic P-V relationship shifts upward, indicating decreased diastolic distensibility. During the initial development of decompensated DHF (during the phase of “worsening DHF”), LV volume may increase along a similar abnormal diastolic P-V curve (from point A to point B). Later, when acute pulmonary edema develops in decompensated DHF, there may be a marked upward shift in the diastolic P-V relationship (from point B to point C), indicating a further decrease in LV distensibility. Once patients with decompensated DHF are adequately treated—for example, with diuretics and nitrates—the LV diastolic P-V relationship moves back to the compensated DHF state (from point C to point A).

        Decompensated DHF may be caused by both cardiovascular and noncardiovascular factors (or desencadenantes) that act on the already existing structural and functional abnormalities (composing a sustrato) to precipitate the development of acute pulmonary edema ( Fig. 2-14 ). The substrate in patients with DHF consists of structural remodeling of the LV chamber and of the constituent cardiomyocytes and extracellular matrix that compose the chamber. These structural changes are associated with significant abnormalities in LV diastolic function, including decreased LV distensibility. These changes in LV structure and function form the substrate from which patients develop the clinical syndrome of DHF.

        There are a number of comorbid conditions that may act as triggers for the development of acute decompensated DHF. These include uncontrolled hypertension, increased salt and water intake, tachyarrhythmias, chronic renal failure, anemia, and co-existent lung disease. 1, 3, 30–36 These comorbidities act upon the substrate to precipitate acute decompensated DHF. It should be noted, however, that in the absence of this substrate, these triggers do not result in DHF. For example, an increase in salt and water intake in the absence of concentric remodeling or diastolic dysfunction does not result in DHF.

        Abnormal Diastolic Function in Diastolic Heart Failure During Exercise

        While studies consistently show that diastolic function is abnormal in patients with DHF at rest, these abnormalities become even more exaggerated during exercise (see Chapter 17 ). 37–39 Specifically, patients with DHF are not able to increase LV end diastolic volume, recruit Frank-Starling forces, increase relaxation rate, or increase filling rate. Consequently, exercise results in a marked increase in diastolic pressure, a limited ability to increase cardiac output, and marked truncation of exercise capacity. These abnormal responses to exercise are made worse by the exaggerated increase in arterial blood pressure that frequently accompanies exercise in patients with DHF.

        Abnormal diastolic function also plays a role in exercise intolerance suffered by patients with SHF, in which systolic dysfunction causes the left ventricle to lose the ability to augment diastolic filling in response to exercise by the normal mechanism of accentuated elastic recoil and early diastolic suction, previously described. 18–20 Early diastolic filling in HF can be increased during exercise by a different mechanism: an elevation in LA pressure to create the requisite transmitral gradient rather than the normal decline in early diastolic LV pressure. The increase in LA pressure results in pulmonary congestion with exercise, a hallmark of HF (see Fig. 2-3 ).


        DISCUSIÓN

        The present study describes the isotonic and isometric mechanical properties of electrically stimulated HBSM submitted to various tone and loading conditions. At preload determiningLo at baseline, our results showed that 1) contractile indexes were lowered when tone was increased with MCh and were restored to baseline values when this tone was removed with Alb,2) isotonic relaxation was slower when tone was increased and faster when tone was reduced, whereas isometric relaxation was unaltered by tone changes, and3) after the contraction-relaxation process, muscles exhibited a transient phase of decrease in tension below preload, which was unaltered by the afterload level applied during the contraction, greatly reinforced when tone was increased, and markedly reduced when tone was decreased.

        There are relatively few quantitative data concerning the isotonic and isometric mechanical properties of isolated HBSM at baseline. In our study, values of the maximum shortening of the contraction with preload only (ΔL) yVmax were comparable to those previously reported in HBSM (4, 14, 18, 24). The same is true for Po (18), but data are more difficult to compare because of the different methods used to normalize force parameters, even if the most suitable way to normalize force in airway smooth muscle is use of the ratio of muscle cross-sectional area to total tissue cross-sectional area (32). The values of Po, ΔL, yVmax reported in HBSM are lower than those observed in canine (34), porcine (13), and rabbit (29) tracheal smooth muscle. Morphometric evaluations of muscle cross-sectional area have demonstrated the smaller amount of smooth muscle in HBSM strips (4, 14) than in porcine (13), guinea pig (25), and rat (25) tracheal smooth muscle. This may account for the lower isometric tension observed in HBSM. Moreover, a high percentage of connective tissue in HBSM may act as an important parallel elastic component. This may increase the load facing the muscle, limiting muscle-shortening ability (14). Jiang et al. (18) also suggested that the lower values of ΔL yVmax in HBSM (which are independent of the method used to normalize force parameters) may reflect different properties of the actomyosin ATPase. Further studies are required to confirm these hypotheses.

        At baseline, electrically stimulated muscles exhibited a transient phase of decrease in tension below preload after the contraction-relaxation process. Such a phase of decrease in tension below baseline has been previously reported in some but not all species. Electrically stimulated tracheal smooth muscles of dog (31,34), pig (13), rabbit, and rat (personal observations) usually display no decrease in tension below baseline. Conversely, the phase of decrease in tension below preload has been extensively described in the airway smooth muscle of guinea pig at baseline (7). Recent studies have disclosed that nitric oxide is one of the intracellular agents mediating the phase of decrease in tension below baseline in HBSM (2,3), whereas vasoactive intestinal peptide seems predominant in that of guinea pig (36). Data concerning the role of the endogenous prostaglandin E2 are still controversial in HBSM: some authors have reported a reduction in spontaneous tone with the cyclooxygenase inhibitor indomethacin (15), whereas others have noticed that baseline spontaneous tone is usually not affected by indomethacin addition (10, 11, 19). If prostaglandin E2 has a role, it may be a minor one in the phase of tension below preload observed in electrically stimulated HBSM.

        To mechanically describe the phase of decrease in tension below preload, we proposed a calculated index, ΔP1, i.e., RT − ΔP2. ALo, mean ΔP1 represented 24 ± 7% of RT. The decrease of tension below baseline spontaneously reverted to preload level in 3–4 min. This is consistent with an active phenomenon underlying the phase of decrease in tension below preload. Thus ΔP1 may partly reflect the active part of RT, in other words, part of active intrinsic tone (11). However, our experimental method does not make it possible to consider ΔP1 as an index of the entire intrinsic tone, inasmuch as one cannot exclude that a small part of ΔP2 is active. In our model we can only assert that the active part of RT was at least equal to 24 ± 7% of total RT atLo. Furthermore, ΔP1 was unaltered by the level of afterload applied during the contraction (Fig. 2). This suggests that distinct intracellular mechanisms modulate the EFS-elicited contraction phase and the phase of decrease in tension below preload. The phase of decrease in tension below preload appeared to be insensitive to changes in general loading conditions affecting the muscle during EFS-elicited contraction.

        To raise tone, MCh was chosen, because it is known to directly act on smooth muscle, mainly via M3receptors (30), and to produce a stable contraction (2). Moreover, the main other pharmacological agent known to raise tone, i.e., histamine, has been shown to be particularly susceptible to oxidation when EFS is performed in KH oxygenated solution (12). In our experimental procedure, RT was held constant, so that MCh precontraction expressed itself by reducing HBSM initial length (Fig. 3). Moreover, MCh enhanced the amount of the active part of RT. Figure 7 shows that ΔP1 was indeed enhanced by MCh: the higher the active part of RT, the higher the decrease of tension below preload. This suggests that raising tone with MCh activates additional actomyosin cross bridges before the EFS-elicited contraction phase. The newly activated cross bridges might be slowly cycling rather than normally cycling, as the former is considered to be activated within 2 s of shortening (or force production) and a period of 15 min was allowed to elapse before the mechanical parameters were measured in MCh-precontracted muscles.

        It would have been interesting to accurately specify the types of activated actomyosin cross bridges by performing quick-release and quick-stretch studies. In fact, such techniques enable measurement of instantaneous stiffness, which is known to reflect the elastic properties of the muscle series elastic component and to be directly proportional to the number of attached (or active) cross bridges (33). Such studies, although elegant in indirectly estimating the number of cycling cross bridges, do not make it possible to differentiate normally cycling from slowly cycling cross bridges. In the present study it was decided to work at constant preload throughout the experiment, thus allowing length changes after addition of MCh or Alb. We believe that additional changes in muscle length (e.g., quick release and quick stretch) would have hampered the interpretation of the mechanical results. This question should certainly be investigated further.

        Compared with baseline and for a given RT set by the preload determining Lo at baseline, MCh lowered isotonic shortening and isometric tension (Fig.5). As mentioned above, the number of the cross bridges activated before the EFS-elicited contraction phase was thought to have been increased by MCh. This would tend to reduce the number of the cross bridges available during the subsequent contraction-relaxation process: such a mechanism could explain lowered muscle shortening and tension development observed in MCh-precontracted HBSM during the EFS-elicited process. An alternative mechanism could be that the cross bridges activated by MCh (presumably slowly cycling cross bridges) act as an internal resistance to shortening, thus reducing velocity (33). Even after MCh exposure, ΔP1 was not affected by the various afterload levels applied during the contractile phase, confirming that the cross bridges formed during the EFS-elicited contraction (normally and slowly cycling cross bridges) did not modulate the phase of decrease in tension below preload.

        For further insight into the role of tone changes on the mechanical behavior of electrically stimulated isolated HBSM, we abolished the previous pharmacologically induced tone and measured the same indexes in the same muscles. We chose a massive dose (10 −5 M) of a widely used bronchorelaxant drug, Alb. We checked its effectiveness by measuring initial muscle length without changes in total RT. It seemed conceivable that any possible muscle lengthening occurring before EFS could result from a release of the additional cross bridges activated during MCh exposure. As expected, the major bronchorelaxant potency of Alb induced a lengthening of muscle strips beyondLo (Fig. 3). With similar Alb concentrations, previous isometric studies have shown that the maximal EFS-elicited tension developed by isolated HBSM is markedly reduced (27). In contrast, the present results showed that peak isometric tension and +dPo/Dtdid not significantly differ from baseline if one allowed changes in initial muscle length (Fig. 5). It is important to consider that, in vivo, airway smooth muscle contracts and relaxes auxotonically: as the muscle shortens, load increases (21). Auxotonic loading increases the contractility of airway smooth muscle (21), which can offset, to some extent, the effect of increasing load. It seems unlikely that Alb could lead to a decrease in tension without changes in initial muscle length in vivo. Our experimental data demonstrated that Alb actually relaxed precontracted HBSM without any decline in its ability to develop isometric tension.

        As expected, Alb restoredVmax y ΔL to baseline values (Fig. 5). This confirmed the role of tone changes in the variations of contractile parameters: contractile indexes were decreased by raising active intrinsic tone and were immediately and completely restored by removing MCh-induced tone. Interestingly, isotonic relaxation was faster when tone was decreased (Fig. 6A), whereas isometric relaxation was unaffected by tone changes (Fig.6B). Further studies are needed to elucidate the underlying mechanisms.

        The transient phase of decrease in tension below preload was totally abolished by Alb exposure in five of nine of the tested muscles and was markedly reduced for the remaining four muscles (Fig. 7). This observation indirectly reinforced the idea that ΔP1 represented a part of active RT: as Alb induced a muscle lengthening before EFS, the active component of RT was lowered at the same time, ΔP1 was markedly lowered. On the other hand, the effects of Alb could not be attributed to changes in initial muscle length: at baseline, ΔP1 increased as initial muscle length increased (personal observation), so that ΔP1 should have been enhanced by Alb if it was markedly influenced by changes in muscle length.

        Limitations of our experimental data need to be discussed. Each HBSM was obtained from a patient suffering from carcinoma. Only macroscopically tumor-free specimens were dissected, but we cannot assert that all HBSM were histologically tumor free. However, it is difficult to study the HBSM of tumor-free patients for ethical reasons. Moreover, a recent study has shown similar responses between the EFS-induced isometric contractions of HBSM resected for carcinoma and nondiseased (donor lung) specimens (1). To eliminate a time-induced artifact in our observed experimental data, it would have been useful to investigate a time-matched control group. However, none of the contractile mechanical parameters significantly differed from baseline at the end of protocol 3, i.e., Alb exposure (Fig. 5). Thus the contractile apparatus proved to be functional over a long period of time. Moreover, this type of preparation is often used in mechanical studies and is reputed to be stable for 4–6 h (33). Therefore, it seems unlikely that MCh-elicited changes could be attributed to time-induced damage.

        In summary, at preload determiningLo at baseline, our study showed that 1) isotonic and isometric contractile parameters were reversibly lowered by increases in the active component of resting tone,2) tone changes influenced the isotonic, but not the isometric, relaxation process, and3) electrically stimulated HBSM exhibited a transient phase of decrease in tension below preload, which proved to be insensitive to afterload but greatly modulated by tone. This specific phase of tension below preload could represent at least part of the active RT. Our results suggest that in isolated HBSM the number of the cycling actomyosin cross bridges activated before, but not during, an electrically elicited contraction partly modulated the mechanical characteristics of the EFS-elicited contraction and the extent of decrease in tension below baseline.


        Anesthesia Key

        Puntos clave

        The cardiac cycle is the sequence of electrical and mechanical events during a single heartbeat.

        Cardiac output is determined by the heart rate, myocardial contractility, and preload and afterload.

        The majority of cardiomyocytes consist of myofibrils, which are rod-like bundles that form the contractile elements within the cardiomyocyte.

        The basic working unit of contraction is the sarcomere.

        Gap junctions are responsible for the electrical coupling of small molecules between cells.

        Action potentials have four phases in the heart.

        The key player in cardiac excitation-contraction coupling is the ubiquitous second messenger calcium.

        Calcium-induced sparks are spatially and temporally patterned activations of localized calcium release that are important for excitation-contraction coupling and regulation of automaticity and contractility.

        β-Adrenoreceptors stimulate chronotropy, inotropy, lusitropy, and dromotropy.

        Hormones with cardiac action can be synthesized and secreted by cardiomyocytes or produced by other tissues and delivered to the heart.

        Cardiac reflexes are fast-acting reflex loops between the heart and central nervous system that contribute to the regulation of cardiac function and the maintenance of physiologic homeostasis.

        Acknowledgment

        The editors, publisher, and Dr. Lena Sun would like to thank Drs. Johanna Schwarzenberger and Radhika Dinavahi for their contribution to this chapter in the prior edition of this work. It has served as the foundation for the current chapter.

        “To err, to be deceived, is human.” This was William Harvey’s gentle repudiation to fellow physicians in his 1628 “Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus,” in which he advanced the concepts of circulation with the heart as the central pump, a major break from the centuries-old anatomic teaching of Galen. Modern cardiac physiology includes this as well as concepts of cellular and molecular biology of the cardiomyocyte and regulation of cardiac function by neural and humoral factors. This chapter focuses on the physiology of the heart, beginning with the intact heart and advancing to cellular cardiac physiology. Finally, the various factors that regulate cardiac function are briefly discussed.

        The basic anatomy of the heart consists of two atria and two ventricles that provide two separate circulations in series. The pulmonary circulation, a low-resistance and high-capacitance vascular bed, receives output from the right side of the heart, and its chief function is bidirectional gas exchange. The left side of the heart provides output for the systemic circulation. It functions to deliver oxygen (O 2 ) and nutrients and to remove carbon dioxide (CO 2 ) and metabolites from various tissue beds.

        Physiology of the Intact Heart

        Understanding the mechanical performance of the intact heart begins with the knowledge of the phases of the cardiac cycle and the determinants of ventricular function.

        Cardiac Cycle

        The cardiac cycle is the sequence of electrical and mechanical events during a single heartbeat. Fig. 14.1 illustrates the electrical events of a single cardiac cycle represented by the electrocardiogram (ECG) with corresponding mechanical events. Left atrial and left ventricular pressures are shown correlated in time with aortic flow and ventricular volume.

        Intrinsic to the specialized cardiac pacemaker tissues is automaticity and rhythmicity. The cardiac cycle begins at the sinoatrial (SA) node with the initiation of the heartbeat. Because the SA node can generate impulses at the greatest frequency, it is the natural pacemaker.

        Electrical Events and the Electrocardiogram

        Electrical events of the pacemaker and the specialized conduction system are represented by the ECG at the body surface. The ECG is the result of differences in electrical potential generated by the heart at sites of the surface recording. The action potential initiated at the SA node is propagated to both atria by specialized conduction tissue that leads to atrial systole (contraction) and the P wave of the ECG. At the junction of the interatrial and interventricular septa, specialized atrial conduction tissue converges at the atrioventricular (AV) node, which is distally connected to the His bundle. The AV node is an area of relatively slow conduction, and a delay between atrial and ventricular contraction normally occurs at this locus. The PR interval represents the delay between atrial and ventricular contraction at the level of the AV node. From the distal His bundle, an electrical impulse is propagated through large left and right bundle branches and finally to the Purkinje system fibers, which are the smallest branches of the specialized conduction system. Finally, electrical signals are transmitted from the Purkinje system to individual ventricular cardiomyocytes. The spread of depolarization to the ventricular myocardium is exhibited as the QRS complex on the ECG. Depolarization is followed by ventricular repolarization and the appearance of the T wave on the ECG.

        Mechanical Events

        The mechanical events of a cardiac cycle begin with the return of blood to the right and left atria from the systemic and pulmonary circulation, respectively. As blood accumulates in the atria, atrial pressure increases until it exceeds the pressure within the ventricle, and the AV valve opens. Blood passively flows first into the ventricular chambers, and such flow accounts for approximately 75% of the total ventricular filling. The remainder of the blood flow is mediated by active atrial contraction or systole, known as the atrial “kick.” The onset of atrial systole coincides with the depolarization of the SA node and the P wave. While the ventricles fill, the AV valves are displaced upward and ventricular contraction (systole) begins with closure of the tricuspid and mitral valves, which corresponds to the end of the R wave on the ECG. The first part of ventricular systole is known as isovolumic (or isometric) contraction. The electrical impulse traverses the AV region and passes through the right and left bundle branches into the Purkinje fibers, which leads to contraction of the ventricular myocardium and a progressive increase in intraventricular pressure. When intraventricular pressure exceeds pulmonary artery and aortic pressure, the pulmonic and aortic valves open and ventricular ejection occurs, which is the second part of ventricular systole.

        Ventricular ejection is divided into the rapid ejection phase and the reduced ejection phase. During the rapid ejection phase, forward flow is maximal, and pulmonary artery and aortic pressure is maximally developed. In the reduced ejection phase, flow and great artery pressures taper with progression of systole. Pressures in both ventricular chambers decrease as blood is ejected from the heart, and ventricular diastole begins with closure of the pulmonic and aortic valves. The initial period of ventricular diastole consists of the isovolumic relaxation phase. This phase is concomitant with repolarization of the ventricular myocardium and corresponds to the end of the T wave on the ECG. The final portion of ventricular diastole involves a rapid decrease in intraventricular pressure until it decreases to less than that of the right and left atria, at which point the AV valve reopens, ventricular filling occurs, and the cycle repeats itself.

        Ventricular Structure and Function

        Ventricular Structure

        The specific architectural order of the cardiac muscles provides the basis for the heart to function as a pump. The ellipsoid shape of the left ventricle (LV) is a result of the laminar layering of spiraling bundles of cardiac muscles ( Fig. 14.2 ). The orientation of the muscle bundle is longitudinal in the subepicardial myocardium and circumferential in the middle segment and again becomes longitudinal in the subendocardial myocardium. Because of the ellipsoid shape of the LV, regional differences in wall thickness result in corresponding variations in the cross-sectional radius of the left ventricular chamber. These regional differences may serve to accommodate the variable loading conditions of the LV. In addition, such anatomy allows the LV to eject blood in a corkscrew-type motion beginning from the base and ending at the apex. The architecturally complex structure of the LV thus allows maximal shortening of myocytes, which results in increased wall thickness and the generation of force during systole. Moreover, release of the twisted LV may provide a suction mechanism for filling of the LV during diastole. The left ventricular free wall and the septum have similar muscle bundle architecture. As a result, the septum moves inward during systole in a normal heart. Regional wall thickness is a commonly used index of myocardial performance that can be clinically assessed, such as by echocardiography or magnetic resonance imaging.

        Unlike the LV, which needs to pump against the higher-pressure systemic circulation, the right ventricle (RV) pumps against a much lower pressure circuit in the pulmonary circulation. Consequently, wall thickness is considerably less in the RV. In contrast to the ellipsoidal form of the LV, the RV is crescent shaped as a result, the mechanics of right ventricular contraction are more complex. Inflow and outflow contraction is not simultaneous, and much of the contractile force seems to be recruited from interventricular forces of the LV-based septum.

        An intricate matrix of collagen fibers forms a scaffold of support for the heart and adjacent vessels. This matrix provides enough strength to resist tensile stretch. The collagen fibers are made up of mostly thick collagen type I fiber, which cross-links with the thin collagen type III fiber, the other major type of collagen. Elastic fibers that contain elastin are in close proximity to the collagen fibers and account for the elasticity of the myocardium.

        Ventricular Function

        The heart provides the driving force for delivering blood throughout the cardiovascular system to supply nutrients and to remove metabolic waste. Because of the anatomic complexity of the RV, the traditional description of systolic function is usually limited to the LV. Systolic performance of the heart is dependent on loading conditions and contractility. Preload and afterload are two interdependent factors extrinsic to the heart that govern cardiac performance.

        Diastole is ventricular relaxation, and it occurs in four distinct phases: (1) isovolumic relaxation (2) the rapid filling phase (i.e., the LV chamber filling at variable left ventricular pressure) (3) slow filling, or diastasis and (4) final filling during atrial systole. The isovolumic relaxation phase is energy dependent. During auxotonic relaxation (phases 2 through 4), ventricular filling occurs against pressure. It encompasses a period during which the myocardium is unable to generate force, and filling of the ventricular chambers takes place. The isovolumic relaxation phase does not contribute to ventricular filling. The greatest amount of ventricular filling occurs in the second phase, whereas the third phase adds only approximately 5% of total diastolic volume and the final phase provides 15% of ventricular volume from atrial systole.

        To assess diastolic function, several indices have been developed. The most widely used index for examining the isovolumic relaxation phase of diastole is to calculate the peak instantaneous rate of decline in left ventricular pressure (−d P /d t ) or the time constant of isovolumic decline in left ventricular pressure ( τ ). The aortic closing-mitral opening interval and the isovolumic relaxation time and peak rate of left ventricular wall thinning, as determined by echocardiography, have both been used to estimate diastolic function during auxotonic relaxation. Ventricular compliance can be evaluated by pressure-volume relationships to determine function during the auxotonic phases of diastole.

        Many different factors influence diastolic function: magnitude of systolic volume, passive chamber stiffness, elastic recoil of the ventricle, diastolic interaction between the two ventricular chambers, atrial properties, and catecholamines. Whereas systolic dysfunction is a reduced ability of the heart to eject, diastolic dysfunction is a decreased ability of the heart to fill. Abnormal diastolic function is now recognized as the predominant cause of the pathophysiologic condition of congestive heart failure.

        Ventricular interactions during systole and diastole are internal mechanisms that provide feedback to modulate stroke volume (SV). Systolic ventricular interaction involves the effect of the interventricular septum on the function of both ventricles. Because the interventricular septum is anatomically linked to both ventricles, it is part of the load against which each ventricle has to work. Therefore, any changes in one ventricle will also be present in the other. In diastolic ventricular interaction, dilatation of either the LV or RV will have an impact on effective filling of the contralateral ventricle and thereby modify function.

        Preload and Afterload

        Preload is the ventricular load at the end of diastole, before contraction has started. First described by Starling, a linear relationship exists between sarcomere length and myocardial force ( Fig. 14.3 ). In clinical practice, surrogate representatives of left ventricular volume such as pulmonary wedge pressure or central venous pressure are used to estimate preload. More direct measures of ventricular volumes can be made using echocardiography.

        Afterload is the systolic load on the LV after contraction has begun. Aortic compliance is an additional determinant of afterload. Aortic compliance is the ability of the aorta to give way to systolic forces from the ventricle. Changes in the aortic wall (dilation or stiffness) can alter aortic compliance and thus afterload. Examples of pathologic conditions that alter afterload are aortic stenosis and chronic hypertension. Both impede ventricular ejection, thereby increasing afterload. Aortic impedance, or aortic pressure divided by aortic flow at that instant, is an accurate means of gauging afterload. However, clinical measurement of aortic impedance is invasive. Echocardiography can noninvasively estimate aortic impedance by determining aortic blood flow at the time of its maximal increase. In clinical practice, the measurement of systolic blood pressure is adequate to approximate afterload, provided that aortic stenosis is not present.

        Preload and afterload can be thought of as the wall stress that is present at the end of diastole and during left ventricular ejection, respectively. Wall stress is a useful concept because it includes preload, afterload, and the energy required to generate contraction. Wall stress and heart rate are probably the two most relevant indices that account for changes in myocardial O 2 demand. Laplace’s law states that wall stress ( σ ) is the product of pressure ( P ) and radius ( R ) divided by wall thickness ( h ) :

        The ellipsoid shape of the LV allows the least amount of wall stress such that as the ventricle changes its shape from ellipsoid to spherical, wall stress is increased. By using the ratio of the long axis to the short axis as a measure of the ellipsoid shape, a decrease in this ratio would signify a transition from ellipsoid to spherical.

        Thickness of the left ventricular muscle is an important modifier of wall stress. For example, in aortic stenosis, afterload is increased. The ventricle must generate a much higher pressure to overcome the increased load opposing systolic ejection of blood. To generate such high performance, the ventricle increases its wall thickness (left ventricular hypertrophy). By applying Laplace’s law, increased left ventricular wall thickness will decrease wall stress, despite the necessary increase in left ventricular pressure to overcome the aortic stenosis ( Fig. 14.4 ). In a failing heart, the radius of the LV increases, thus increasing wall stress.

        Frank-Starling Relationship

        The Frank-Starling relationship is an intrinsic property of myocardium by which stretching of the myocardial sarcomere results in enhanced myocardial performance for subsequent contractions (see Fig. 14.3 ). In 1895, Otto Frank first noted that in skeletal muscle, the change in tension was directly related to its length, and as pressure changed in the heart, a corresponding change in volume occurred. In 1914, E.H. Starling, using an isolated heart-lung preparation as a model, observed that “the mechanical energy set free on passage from the resting to the contracted state is a function of the length of the muscle fiber.” If a strip of cardiac muscle is mounted in a muscle chamber under isometric conditions and stimulated at a fixed frequency, then an increase in sarcomere length results in an increase in twitch force. Starling concluded that the increased twitch force was the result of a greater interaction of muscle bundles.

        Electron microscopy has demonstrated that sarcomere length (2-2.2 μm) is positively related to the amount of actin and myosin cross-bridging and that there is an optimal sarcomere length at which the interaction is maximal. This concept is based on the assumption that the increase in cross-bridging is equivalent to an increase in muscle performance. Although this theory continues to hold true for skeletal muscle, the force-length relationship in cardiac muscle is more complex. When comparing force-strength relationships between skeletal and cardiac muscle, it is noteworthy that the reduction in force is only 10%, even if cardiac muscle is at 80% sarcomere length. The cellular basis of the Frank-Starling mechanism is still being investigated and is briefly discussed later in this chapter. A common clinical application of Starling’s law is the relationship of left ventricular end-diastolic volume and SV. The Frank-Starling mechanism may remain intact even in a failing heart. However, ventricular remodeling after injury or in heart failure may modify the Frank-Starling relationship.

        Contractility

        Each Frank-Starling curve specifies a level of contractility, or the inotropic state of the heart, which is defined as the work performed by cardiac muscle at any given end-diastolic fiber. Factors that modify contractility will create a family of Frank-Starling curves with different contractility ( Fig. 14.5 ). Factors that modify contractility are exercise, adrenergic stimulation, changes in pH, temperature, and drugs such as digitalis. The ability of the LV to develop, generate, and sustain the necessary pressure for the ejection of blood is the intrinsic inotropic state of the heart.

        In isolated muscle, the maximal velocity of contraction (V max ) is defined as the maximal velocity of ejection at zero load. V max is obtained by plotting the velocity of muscle shortening in isolated papillary muscle at varying degrees of force. Although this relationship can be replicated in isolated myocytes, V max cannot be measured in an intact heart because complete unloading is impossible. To measure the intrinsic contractile activity of an intact heart, several strategies have been attempted with varying success. Pressure-volume loops, albeit requiring catheterization of the left side of the heart, are currently the best way to determine contractility in an intact heart ( Fig. 14.6 ). The pressure-volume loop represents an indirect measure of the Frank-Starling relationship between force (pressure) and muscle length (volume). Clinically, the most commonly used noninvasive index of ventricular contractile function is the ejection fraction, which is assessed by echocardiography, angiography, or radionuclide ventriculography.

        Cardiac Work

        The work of the heart can be divided into external and internal work. External work is expended to eject blood under pressure, whereas internal work is expended within the ventricle to change the shape of the heart and to prepare it for ejection. Internal work contributes to inefficiency in the performance of the heart. Wall stress is directly proportional to the internal work of the heart.

        External work, or stroke work, is a product of the SV and pressure ( P ) developed during ejection of the SV.

        The external work and internal work of the ventricle both consume O 2 . The clinical significance of internal work is illustrated in the case of a poorly drained LV during cardiopulmonary bypass. Although external work is provided by the roller pump during bypass, myocardial ischemia can still occur because poor drainage of the LV creates tension on the left ventricular wall and increases internal work.

        The efficiency of cardiac contraction is estimated by the following formula :

        The corkscrew motion of the heart for the ejection of blood is the most favorable in terms of work efficiency, based on the architecture in a normal LV (with the cardiac muscle bundles arranged so that a circumferentially oriented middle layer is sandwiched by longitudinally oriented outer layers). In heart failure, ventricular dilation reduces cardiac efficiency because it increases wall stress, which in turn increases O 2 consumption.

        Heart Rate and Force-Frequency Relationship

        In isolated cardiac muscle, an increase in the frequency of stimulation induces an increase in the force of contraction. This relationship is termed the treppe , which means staircase in German, and is the phenomenon of the force-frequency relationship. At between 150 and 180 stimuli per minute, maximal contractile force is reached in an isolated heart muscle at a fixed muscle length. Thus, an increased frequency incrementally increases inotropy, whereas stimulation at a lower frequency decreases contractile force. However, when the stimulation becomes extremely rapid, the force of contraction decreases. In the clinical context, pacing-induced positive inotropic effects may be effective only up to a certain heart rate, based on the force-frequency relationship. In a failing heart, the force-frequency relationship may be less effective in producing a positive inotropic effect.

        Salida cardíaca

        Cardiac output is the amount of blood pumped by the heart per unit of time ( <SPAN role=presentation tabIndex=0 style="POSITION: relative" data-mathml='Q˙’> ? ˙ Q˙
        Q ˙
        ) and is determined by four factors: two factors that are intrinsic to the heart—heart rate and myocardial contractility—and two factors that are extrinsic to the heart but functionally couple the heart and the vasculature—preload and afterload.

        Heart rate is defined as the number of beats per minute and is mainly influenced by the autonomic nervous system. Increases in heart rate escalate cardiac output if ventricular filling is adequate during diastole. Contractility can be defined as the intrinsic level of contractile performance that is independent of loading conditions. Contractility is difficult to define in an intact heart because it cannot be separated from loading conditions. For example, the Frank-Starling relationship is defined as the change in intrinsic contractile performance, based on changes in preload. Cardiac output in a living organism can be measured with the Fick principle (a schematic depiction is illustrated in Fig. 14.7 ).

        The Fick principle is based on the concept of conservation of mass such that the O 2 delivered from pulmonary venous blood ( q 3 ) is equal to the total O 2 delivered to pulmonary capillaries through the pulmonary artery ( q 1 ) and the alveoli ( q 2 ).

        The amount of O 2 delivered to the pulmonary capillaries by way of the pulmonary arteries ( q 1 ) equals total pulmonary arterial blood flow ( <SPAN role=presentation tabIndex=0 style="POSITION: relative" data-mathml='Q˙’> ? ˙ Q˙
        Q ˙
        ) times the O 2 concentration in pulmonary arterial blood (CpaO 2 ):

        The amount of O 2 carried away from pulmonary venous blood ( q 3 ) is equal to total pulmonary venous blood flow ( <SPAN role=presentation tabIndex=0 style="POSITION: relative" data-mathml='Q˙’> ? ˙ Q˙
        Q ˙
        ) times the O 2 concentration in pulmonary venous blood (Cpv O 2 ):

        The pulmonary arterial O 2 concentration is the mixed systemic venous O 2 , and the pulmonary venous O 2 concentration is the peripheral arterial O 2 . O 2 consumption is the amount of O 2 delivered to the pulmonary capillaries from the alveoli ( q 2 ). Because q 1 + q 2 = q 3 ,


        Ver el vídeo: Volumen sistolico precarga y poscarga (Febrero 2023).