BASI ANATOMO-FISIOLOGICHE DELLA VARIABILITA’ DELLA ... · differenze metodologiche (blocco...
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Corso di Aggiornamento
Applicazioni e limiti dello studio della variabilità della frequenza cardiaca
BASI ANATOMO-FISIOLOGICHE
DELLA VARIABILITA’
DELLA FREQUENZA CARDIACA
Alessandro Silvani, MD PhD
PRISM lab, Dip. di Fisiologia Umana e Generale Alma Mater Studiorum – Università di Bologna
martedì 24 gennaio 12
NODO SENO-ATRIALEanatomia
Dobrzynski et al.,
Circulation 2007
Fedorov et al., JACC 2010
Situato fra: il tratto terminale della vena cava superiore la parte superiore della cresta terminale dell’atrio destro la radice dell’appendice atriale destra
Lunghezza 10-20 mm, larghezza 3-6 mm, spessore 1 mm
martedì 24 gennaio 12
NODO SENO-ATRIALEfisiologia
corrente “funny” depolarizzante attivata per Vm < 40-45 mV
antiporto elettrogenico: scambio 3 Na+ / 1 Ca++
corrente rettificante verso l’esterno e ritardata
corrente rettificante verso l’interno
correnti del Ca++
martedì 24 gennaio 12
FREQUENZA CARDIACA INTRINSECA
Jose and Collison, Cardiovasc Res 1970
Atropina + propranololo
Christou et al., J Appl Physiol 2008
young(25±4 yrs)
aged(65±5 yrs)
Resting HR58±9 bpm
Resting HR54±7 bpm
Trimetafano
diminuisce con l’età differenze interindividuali differenze metodologiche (blocco farmacologico simpatico +
vagale, blocco gangliare, denervazione in modelli sperimentali)
martedì 24 gennaio 12
INNERVAZIONE CARDIACAanatomia
plesso cardiaco misto fra aorta, a. polmonare e trachea
innervazione parasimpatica:
nuclei ambiguo e motore dorsale del vago (bulbo)
nervi vaghi (rami cardiaci superiori e inferiori e laringei ricorrenti)
gangli (plesso cardiaco e miocardio)
neuroni postgangliari (acetilcolina)
innervazione ortosimpatica:
colonna intermediolaterale del midollo spinale (T1-T6)
rami comunicanti bianchi al tronco del simpatico
sinapsi con gangli toracici e cervicali (superiore, medio, inferiore)
fibre postgangliari decorrenti in rami cardiaci (norepinefrina, NPY, galanina)
martedì 24 gennaio 12
Gi KAch
PKA
1
2
INNERVAZIONE CARDIACAtrasduzione del segnale
acetilcolinesterasi
-
martedì 24 gennaio 12
simpatico
parasimpatico
cAMPPKA
+
+
+
+-
++
INNERVAZIONE CARDIACAmeccanismi ionici di azione
martedì 24 gennaio 12
INNERVAZIONE CARDIACAantagonismo accentuato simpatico-vagale
i controlli simpatico e parasimpatico della frequenza cardiaca non sono additivi
l’efficacia del controllo parasimpatico aumenta quando è maggiore il tono simpatico
l’efficacia del controllo simpatico aumenta quando è minore il tono parasimpatico
MA
l’effetto si riduce sostanzialmente analizzando il periodo cardiaco (intervallo RR)
martedì 24 gennaio 12
200,0000
700,0000
1200,0000
1700,0000
2200,0000
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
HR (bpm)
HP
(ms)
INNERVAZIONE CARDIACAdifferenze fra frequenza e periodo cardiaco
antagonismo accentuato• l’efficacia del controllo parasimpatico sulla frequenza cardiaca aumenta quando è maggiore il tono simpatico• l’efficacia del controllo simpatico sulla frequenza cardiaca aumentaquando è minore il tono parasimpatico
maggiore tono simpaticominore tono parasimpatico
martedì 24 gennaio 12
parasimpatico
INNERVAZIONE CARDIACArisposte dinamiche
simpatico
J Appl Physiol 1962;17:349-55
martedì 24 gennaio 12
INNERVAZIONE CARDIACArisposte dinamiche (I)
Am J Physiol 1989;256:H142-52
il nodo SA risponde al controllo autonomico come un filtro passa-basso
controllo vagale più rapido: freq. di taglio ∼0.15 Hz, ritardo ∼0 s
controllo simpatico più lento: freq. di taglio 0,01-0,02 Hz, ritardo 1,7 s
le caratteristiche delle risposte dipendono dalla frequenza media di stimolazione: il controllo alle basse frequenze è tanto più efficace quanto minore il rispettivo tono vegetativo
martedì 24 gennaio 12
Am J Physiol 1996;271:H288-95
INNERVAZIONE CARDIACArisposte dinamiche (II)
il tono simpatico rende più efficace il controllo vagale
il tono vagale rende più efficace il controllo simpatico
martedì 24 gennaio 12
VARIABILITA DELLA FREQUENZA CARDIACA(HRV)
frequenze molto basse (VLF): 0,003 - 0,04 Hz
frequenze basse (LF): 0,04 - 0,15 Hz
frequenze alte (HF): 0,15 - 0,4 Hz
martedì 24 gennaio 12
INTERPRETAZIONE DI HRV (I):determinanti
S1
stimoli
attività efferentesimpatica
trasduzione
HRVS2
S3
Sn
sistema nervoso
attività efferente parasimpatica
recettoriafferenze
trasduzione
nodoSA
inferenza
martedì 24 gennaio 12
INTERPRETAZIONE DI HRV (II):tono e modulazione
tono (valor medio)modulazione
HRV è causata dalla modulazione dell’attività nervosa vagale e simpatica e NON dal rispettivo tono
Hedman et al., Acta Physiol Scand 1995
Bailey et al., Am J Physiol 1996controllo
attività vagale costante
modulazione vagale
HR
V
HR
V
tono vagale tono simpatico
martedì 24 gennaio 12
INTERPRETAZIONE DI HRV (III):eterogeneità del controllo simpatico
“The early views of the sympathetic nervous system as a monolithic effector activated globally […] have been eclipsed by an organizational model featuring anextensive array of functionally specific output channels […]”
Inte
grat
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ic a
ctiv
ity (Δ
%)
-100
-40
-20
0
20
40
100
Brain Research,
1982
martedì 24 gennaio 12
ARITMIA SINUSALE RESPIRATORIA(HRV HF: 0,15-0,4 Hz) (I)
1733
2009
meccanismo principalmente vagale
martedì 24 gennaio 12
HRV HF aumenta 4-33% quando il volume corrente aumenta da 1 a 1,5 L
ARITMIA SINUSALE RESPIRATORIA(HRV HF: 0,15-0,4 Hz) (II)
J Appl Physiol 1993;75:2310-7
martedì 24 gennaio 12
ARITMIA SINUSALE RESPIRATORIA(HRV HF: 0,15-0,4 Hz) (III)
inspirazione
↑ ritorno venoso cuore destro↓ pressione
toracica
↓ ritorno venoso cuore sinistro
↑ volumepolmonare
↑ postcaricoventricolo sinistro
↓ gittatasistolica
↓ pressionearteriosa
↓ attività vagale
↑ frequenza cardiaca
Taylor et al., Circulation 1996
l’effetto varia con la postura: HRV HF contribuisce alle
fluttuazioni di pressione arteriosa in clinostatismo ma
le smorza in tilt
martedì 24 gennaio 12
VARIABILITA’ DELLA FREQUENZA CARDIACAA BASSA FREQUENZA (0,04-0,15 Hz) (I)
frequenza dominante specie-specifica: 0,1 Hz (uomo), 0,3 Hz (coniglio) 0,4 Hz (ratto, topo)
ipotesi: meccanismo baroriflesso
martedì 24 gennaio 12
Am J Physiol 1994;267:R1378-84
VARIABILITA’ DELLA FREQUENZA CARDIACAA BASSA FREQUENZA (0,04-0,15 Hz) (II)
RSN
A vs
. BP
blocco α-adrenergico
Am J Physiol 1994;266:R1993-2000
denervazione seno-aortica
martedì 24 gennaio 12
VARIABILITA’ DELLA FREQUENZA CARDIACAA BASSA FREQUENZA (0,04-0,15 Hz) (III)
Am J Physiol 1985;248:H151-3
le oscillazioni LF sono principalmente mediate dal vago, MA il loro contributo relativo a HRV totale aumenta in tilt in parte per meccanismo β-adrenergico
HRV Task Force, 1996
martedì 24 gennaio 12
VARIABILITA’ DELLA FREQUENZA CARDIACAA FREQUENZA ULTRA-BASSA (0,003-0,04 Hz)
quando stimata su finestre ≤ 5 min, l’interpretazione di questa componente non armonica di HRV è dubbia e va evitata (HRV Task Force, 1996)
martedì 24 gennaio 12
“”
martedì 24 gennaio 12