Fiziopatologie

Fiziopatologie

I. Circulatia pulmonara normala

I.1 Circulatia pulmonara normala la adult

Plamânii au o dubla circulatie, ei primind sânge oxigenat prin arterele bronsice, ramuri ale aortei toracice si în acelasi timp, primesc prin artera pulmonara sânge neoxigenat din ventriculul drept, care va suferi procesul de hematoza la nivelul capilarelor alveolare. Termenul de flux sangvin pulmonar se refera la cantitatea de sânge ce trece prin artera pulmonara în unitatea de timp, întorcându-se la inima prin venele pulmonare.

Prin arterele bronsice nu ajunge la plamâni decât o mica cantitate de sânge, reprezentând aproximativ 1% din debitul cardiac. Datorita faptului ca unele vene bronsice nu se varsa în vena cava superioara ci în venele pulmonare, se realizeaza un mic sunt dreapta-stânga fiziologic, care va determina o desaturare a sângelui arterial, normala, de aproximativ 97,5%. Presiunea normala sangvina din artera pulmonara la adult, în repaus, masurata la nivelul marii, are un vârf sistolic ce variaza între 18 si 25 mm Hg, o minima atinsa la sfârsitul diastolei de 6 pâna la 10 mm Hg si o presiune medie ce variaza între 12 si 16 mm Hg. Se poate vorbi de hipertensiune pulmonara atunci când presiunea maxima în artera 343c28d pulmonara depaseste 30 mm Hg, iar presiunea medie 20 mm Hg. De aceea diferenta arterio-venoasa presionala ce realizeaza deplasarea întregului flux pulmonar prin arborele circulator pulmonar este de doar 2 pâna la 10 mm Hg, gradient extrem de redus, comparativ cu gradientul arterio-venos din circulatia sistemica care este de aproximativ 90 mm Hg. Acest lucru este posibil deoarece patul vascular pulmonar ofera o rezistenta la flux mai mica de o zecime din rezistenta vasculara sistemica.

Rezistenta vasculara se calculeaza, prin analogie cu legea lui Ohm ca fiind raportul dintre diferenta presionala ce realizeaza deplasarea unui anume volum sangvin în unitatea de timp si respectivul debit sangvin:

R = , unde Dp reprezinta diferenta presionala masurata în mm Hg, R reprezinta rezistenta vasculara, iar Q reprezinta debitul sangvin în l/minut. Acest raport este înmultit în mod obisnuit cu 80 (79,9) pentru a exprima rezultatele în dyne sec cm^-5.

Deci , unde R_vp reprezinta rezistenta vasculara pulmonara, P_mAP reprezinta presiunea medie în artera pulmonara, P_mAS presiunea medie în atriul stâng, iar Q_P reprezinta debitul sangvin pulmonar.

Rezistenta vasculara pulmonara calculata pentru adultul normal este de 67 30 dyne cm^-5 sec sau mai poate fi exprimata ca 123 dyne cm^-5 sec m². De aceea rezistentele vasculare inferioare a 130 dyne cm^-5 sec sunt considerate ca fiind normale.

I.2 Circulatia fetala normala si modificarile survenite la nastere

În viata fetala, numarul arterelor si arteriolelor pulmonare este redus, ele au un perete relativ gros si un lumen îngust, asemanându-se astfel cu arterele din circulatia sistemica. Plamânul colabat contribuie la mentinerea unor rezistente vascualre pulmonare crescute comparativ cu circulatia sistemica. Fluxul pulmonar este scazut (7-10% din debitul cardiac total), cea mai mare parte din sângele ejectat de ventriculul drept traverseaza canalul arterial permeabil la acea vârsta, iar foramen ovale patent contribuie la scaderea fluxului sangvin pulmonar.

Vasele pulmonare fetale au o reactivitate marita la concentratia de O₂, pH-ul sangvin fetal precum si la un numar de alte influente fiziologice si farmacologice.

La nastere grosimea peretilor ventriculului drept este egala sau mai mare cu cea a ventriculului stâng, ventriculul drept fiind ventriculul predominant în circulatia fetala.

La nastere au loc urmatoarele schimbari circulatorii importante:

Eliminarea circulatiei placentare prin separarea placentei si cresterea rezistentelor vasculare sistemice.

Asfixia si temperatura scazuta sunt stimuli de începere a respiratiei care va înlocui functia placentei; se produce astfel o rapida scadere a rezistentelor vasculare pulmonare de la 6 mm Hg/min. ml la 0,3 mm Hg/min. ml prin expansiunea alveolelor, disparitia vasoconstrictiei arteriolelor pulmonare (prin cresterea presiunii arteriale a oxigenului, eliberarea de PG I₂) prin deschiderea de noi teritorii vasculare pulmonare si marirea lumenului arteriolelor pulmonare functionale antenatal. În urmatoarele 6-8 saptamâni urmeaza o scadere a rezistentelor pulmonare cu cresterea fluxului sangvin pulmonar, dezvoltarea de noi vase pulmonare si involutia mediei musculare din vasele pulmonare.

Închiderea foramen ovale dupa nastere ca urmare a cresterii presiunii în atriul stâng.

Canalul arterial sufera în primele 10-15 ore dupa nastere o puternica vasoconstrictie datorata cresterii presiunii de oxigen în sângele arterial si modificarilor locale ale nivelelor prostaglandinelor. La 72 de ore dupa nastere canalul arterial este functional închis, pentru ca închiderea sa completa sa survina dupa câteva saptamâni prin procese de tromboza locala si proliferare intimala.

Grosimea peretilor ventriculului stâng creste o data cu cresterea rezistentelor arteriale sistemice prin hiperplazia celulara rapida în saptamânile 1-2 postnatal ulterior mai lent.

II. Mecanisme de aparitie a hipertensiunii pulmonare în cazul cardiopatiilor congenitale cu sunt stânga-dreapta

Au fost incriminate mai multe mecanisme care contribuie la cresterea rezistentelor vasculare pulmonare: fluxul sangvin pulmonar mult crescut, lipsa de regresie a tipului fetal de circulatie si o anume predispozitie genetica.

II.1 Modificari datorate fluxului pulmonar crescut

Hipertensiunea pulmonara în bolile cardiace congenitale cu sunt stânga-dreapta se poate produce doar din cauza cresterii fluxului sangvin pulmonar. În cronic, cresterea fluxului sangvin pulmonar este însotita de o reducere pasiva a rezistentelor în vasele pulmonare si de o crestere minima a presiunii arteriale pulmonare. În cazul unui adult normal cu un debit sangvin pulmonar de 5 l/min. (Q_p), cu o rezistenta vasculara pulmonara (R_vp) de 60 dyne sec cm^-5 având o presiune medie în atriul stâng (P_AS) de 6 mm Hg, presiunea medie în artera pulmonara (P_AP) se poate calcula folosind formula: , deci P_AP = .

P_AP

Daca Q_p se dubleaza, prin reducerea rezistentelor vasculare pulmonare la 30 dyne sec cm^-5 se va mentine presiunea medie în artera pulmonara la 10 mm Hg. Totusi daca debitul pulmonar creste de 4-6 ori, capacitatea de rezerva a patului vascular pulmonar este depasita si presiunea în artera pulmonara creste. Astfel o rezistenta vasculara pulmonara de 30 dyne sec cm^-5 asociata cu un flux pulmonar de 30 l/min. va produce o presiune în artera pulmonara minimal crescuta la 17 mm Hg, desi asocierea unui debit foare crescut conduce la valori considerabil mai mari ale presiunii arteriale pulmonare, de aproximativ 40-45 mm Hg.

Daca este diminuata capacitatea patului vascular pulmonar de a se adapta unui surplus de flux, datorita unei usoare boli parenchimatoase care conduce la o rezistenta vasculara pulmonara crescuta (desi înca normala) de 90 dyne sec cm^-5, presiunea medie în artera pulmonara la un debit de 30 l/min va fi de aproximativ 40 mm Hg, iar presiunea sistolica poate depasi 60 mm Hg.

Daca nici o afectare arteriolara concomitenta nu exista, abolirea chirurgicala a suntului readuce fluxul pulmonar si presiunea din artera pulmonara la normal.

În cazul când cresterea fluxului pulmonar este generata de o leziune congenitala, cresterea rezistentelor vasculare pulmonare va avea doua componente: una functionala si una fixa. Componenta functionala pare a fi produsa de vasoconstrictia arteriolara pulmonara; prin prisma acestui concept dilatatia arterelor si arteriolelor de catre fluxul sangvin pulmonar crescut actioneaza ca un stimul ce detemina vasospasm cu cresterea si în final hipertrofierea stratului muscular arterial si arteriolar.

Mecanismul intern de producere a leziunilor obliterative ale arteriolelor pulmonare pare a fi legat de stress-ul de frictiune suportat de celulele endoteliale prin fluxul sangvin crescut. Reducerea lumenului vaselor pulmonare de tip arteriolar datorat hipertrofiei mediei musculare, vasoconsctrictiei, numarului scazut de arteriole precum si fluxului sangvin crescut creste viteza sângelui prin aceste vase. Stress-ul de frictiune este amplificat de vâscozitatea crescuta a sângelui, de aceea copiii cu hipoxemie si hematocrit crescut (altitudine înalta sau alte afectiuni ce genereaza hipoxemie) ca si cei cu flux sangvin crescut au risc marit de a dezvolta boala vasculara obstructiva pulmonara. Odata aparute, modificarile proliferative intimale cu hialinizare si fibroza nu sunt reversibile prin repararea defectului cardiac; acestea contribuie la componenta fixa a hipertensiunii pulmonare.

În prezent, atentia cercetatorilor se focalizeaza asupra biologiei celulare a peretelui vascular si anomaliilor generate de interactiunea dintre celulele endoteliale si celulele musculare netede ale mediei arteriolare în cadrul hipertensiunii pulmonare.

II.2 Predispozitia genetica este sugerata de observatia ca în cazul pacientilor cu sindrom Down si boli cardiace congenitale cu sunt stânga-dreapta hipertensiunea pulmonara apare mai precoce si are o evolutie acccelerata.

II.3 Lipsa de regresie a tipului fetal de circulatie

Existenta unei cardiopatii congenitale din categoria celor cu sunt stânga-dreapta perturba mecanismele fiziologice ce guverneaza dezvoltarea normala a circulatiei pulmonare dupa nastere.

suntul stânga-dreapta nu se poate manifesta în viata intrauterina. Dupa nastere, când rezistentele vasculare pulmonare încep sa scada, iar cele sistemice cresc si presiunea în inima stânga ajunge sa fie superioara celei din inima dreapta, suntul stânga-dreapta se instaleaza, determinând cresterea debitului pulmonar.

Daca suntul este mic, debitul pulmonar nu va fi mult marit, iar procesele de dezvoltare ale circulatiei pulmonare vor decurge normal (defect separator de presiune).

În cazul unui defect mare, nonseparator de presiune si/sau care determina o crestere semnificativa a debitului pulmonar, mecanismele fiziologice care duc la scaderea presiunii în arborele vascular pulmonar vor fi perturbate. Desi se va produce o scadere a rezistentei în vasele pulmonare, aceasta va ramâne întrucâtva marita.

Astfel, pentru pacientii cu o presiune în artera pulmonara ridicata dupa nastere, arterele pulmonare mici de tip muscular vor suferi o involutie întârziata, partiala, sau grosimea mediei arteriale si a intimei va progresa în loc sa regreseze, modificari la care se va adauga si esecul dezvoltarii normale a circulatiei pulmonare, respectiv formarea de noi vase.

Acestea sunt adevarate în special pentru acele leziuni în care suntul stânga-dreapta intra direct în artera pulmonara sau ventriculul drept (sunturi posttricupidiene precum DSV, PCA, fereastra aortopulmonara); acesti pacienti prezinta o incidenta crescuta a afectarii severe si ireversibile a patului vascular pulmonar fata de pacientii la care suntul este proximal de valva tricuspida (DSA, drenaj venos pulmonar partial aberant în atriul drept). Pentru aceasta ultima categorie presiunile înregistreaza dupa nastere o scadere si tipul fetal de circulatie repereaza. Mai târziu în viata adulta boala vasculara pulmonara obstructiva va apare totusi, datorita suntului stânga-dreapta.

Cel mai uimitor lucru la pacientii ce prezinta defecte similare sau identice este variabilitatea atât a momentului aparitiei cât si a ratei de progresiune a bolii vasculare pulmonare obstructive. Desi influentele genetice au un rol, se aduna tot mai multe argumente ce indica rolul modificarilor postnatale importante ale patului vascular pulmonar care sunt dependente de leziunea cardiaca.

Mai mult decât structura si dimensiunile arterelor si arteriolelor patului vascular pulmonar, un rol mai mare pare sa îl aiba numarul lor.

Modelarea vaselor sangvine se petrece proximal de si la nivelul bronsiolelor terminale (vasele preacinare si intraacinare) în mod continuu înca dinaintea nasterii. Vasele intraacinare în particular, cresc în numar si dimensiuni din ultima perioada a vietii fetale si pe parcursul copilariei, suferind o minima dezvoltare a mediei. Daca prezenta unei cardiopatii interfera dezvoltarea normala si multiplicarea acestor vase, cresterea presiunii în mica circulatie este datorata mai întâi esecului vaselor pulmonare intraacinare de a se dezvolta complet si doar secundar modificarilor morfologice obstructive reprezentate de îngrosarea mediei, proliferare intimala, hialinizare si fibroza, necroza fibrioda cu formarea de leziuni angiomatoide si plexiforme.

III. Consecinte fiziopatologice ale instalarii hipertensiunii pulmonare severe si inversarii suntului în bolile cardiace congenitale cu sunt stânga-dreapta

Aparitia suntului dreapta-stânga sau bidirectional datorita hipertensiunii pulmonare severe determina ajungerea de cantitati variabile de sânge venos în circulatia sistemica ceea ce produce o desaturare a sângelui arterial. Consecintele directe ale desaturarii arteriale sunt aparitia hipoxemiei sistemice si a cianozei.

III.1 Cianoza

Apare datorita unei cantitati de hemoglobina redusa mai mare de 3g/dl în vasele cutanate. În cazul sindromului Eisenmenger cianoza este de tip central. În momentul aparitiei insuficientei cardiace sau în conditii în care cererea tisulara de oxigen creste, cianoza devine mixta, centrala si periferica. Gradul de cianoza depinde de cantitatea (în valori absolute) de hemoglobina redusa ce exista în sângele arterial, de marimea suntului dreapta-stânga raportat la fluxul sangvin sistemic si de gradul de desaturare al sângelui venos.

În mod obisnuit cianoza se intensifica în timpul activitatii fizice când saturatia sângelui venos scade în acelasi timp cu cresterea debitului de sunt prin scaderea rezistentelor vasculare periferice.

III.2 Consecinte ale hipoxemiei

III.2.1 Policitemia

Este raspunsul fiziologic la hipoxemia cronica care realizeaza stimularea eritrocitozei via cresterii sintezei renale de eritropoietina. Hematocritul foarte ridicat observat la pacientii cu sindrom Eisenmenger cauzeaza o crestere progresiva a vâscozitatii sangvine, în special atunci când hematocritul depaseste 60%. Atât hematocritul cât si volumul sângelui circulant sunt crescute (prin cresterea numarului de globule rosii) astfel încât capacitatea de transport de oxigen la tesuturi creste. Policitemia compensatorie este uneori de asemenea gravitate astfel încât poate produce efecte fiziopatologice adverse precum ar fi leziunile trombotice în diferite organe sau diateze hemoragice. Prin prisma acestor procese contraceptivele orale steroidiene sunt contraindicate la pacientii cu sindrom Eisenmenger (risc crescut de tromboze cerebrale). Distrugerea zilnica a unei cantitati crescute de globule rosii va determina cresterea cantitatii de acid uric produse. Hiperuricemia a fost semnalata la aproximativ 10% din pacientii cu sindrom Eisenmenger, însa incidenta artritei gutoase este putin crescuta fata de populatia generala.

III.2.2 Metabolismul anaerob si modificarea curbei de disociere a hemoglobinei

Alt efect al hipoxemiei sistemice este utilizarea crescuta a glucozei pe calea metabolilsmului anaerob (glicoliza anaeroba), cu formare de acid piruvat si lactat ceea ce duce la o usoara scadere a pH-ului local. Aceasta acidoza metabolica este în mod obisnuit compensata la pacientii cu sindrom Eisenmenger. Cresterea concentratiei de ioni de hidrogen la nivel tisular împreuna cu cantitatea crescuta de dioxid de carbon prin amestecarea sângelui venos cu cel arterial vor produce deplasarea curbei de disociere a hemoglobinei catre dreapta, în sensul eliberarii unor cantitati sporite de oxigen la nivel tisular.

III.2.3 Modelul de pH si gaze sangvine

Gazele sangvine în sângele arterial reprezinta o metoda foarte utila în evaluarea gradului de cianoza sugerând tipul de cianoza si posibilul raspuns la manevrele terapeutice.

În cazul sindromului Eisenmenger cu un pH al sângelui arterial usor scazut, o saturatie în oxigen scazuta mult si o presiune a dioxidului de carbon normala în sângele arterial, având un pH venos scazut, se înscrie în tipul 4 de model de pH si gaze sangvine (propus de E. Braumwold-Heart Disease, 1992). Raspunsul la administrarea de oxigen nu modifica saturatia arteriala în oxigen.

III.2.4 Alterarea cresterii si dezvoltarii

Alterarea cresterii si a dezvoltarii fizice precum si întârzierea instalarii pubertatii este o caracteristica frecventa a multor boli cardiace congenitale cianogene si într-o mai mica masura si a unor boli necianogene (ce afecteaza pacientii la vârsta copilariei). Dezvoltarea mentala este afectata rareori. Severitatea afectarii cresterii este dependenta de tipul leziunii anatomice si de efectul ei functional. Multi copii cu defecte usoare cresc normal. Câstigul în greutate este în mod obisnuit mai lent decât cresterea liniara la pacientii acianotici cu sunturi mari stânga-dreapta, pe când la pacientii cianotici curbele de crestere liniara si în greutate evolueaza concordant. Baietii par a fi mai afectati în ceea ce priveste cresterea, mai ales în cea de-a doua decada.

Pentru unii copii, factorii prenatali precum infectiile intrauterine, sindroamele cromozomiale, afectiunile ereditare sau nonereditare, malformatiile extracardiace sunt responsabile de retardul cresterii. Alte explicatii pentru retardul cresterii sunt malnutritia secundara anorexiei si aportului nutritiv scazut, starilor hipermetabolice, acidozei, hipoxemia tisulara, fluxului sangvin tisular scazut, decompensarea cardiaca cronica, infectiile respiratorii recurente.

La vârsta adulta multi dintre pacientii cu sindrom Eisenmenger prezinta o hipodezvoltare staturo-ponderala, în special cei ale caror manifestari (cianoza, dispneea de efort) au aparut la vârste fragede.

III.2.5 Durerea precordiala

Este un simptom rar la vârsta copilariei, poate apare în hipertensiunea pulmonara cu boala vasculara obstructiva pulmonara secundara unei boli cardiace congenitale cu sunt stânga-dreapta. Aceasta durere poate fi anginoasa, dar deseori este evanescenta sau pleuritica.

Mai frecvent apare la adulti cu sindrom Eisenmenger, poate apare în asociere cu efortul fizic sau frigul si poate fi cauzata de scaderea aportului de oxigen de catre sângele arterial cu o desaturare marcata a oxihemoglobinei catre un miocard (în special al ventricului drept) cu necesitati crescute.

III.3 Consecinte fiziopatologice ale suprasarcinii cordului drept

III.3.1 Insuficienta cardiaca

Insuficienta cardiaca congestiva este una dintre manifestarile frecvent întâlnite la copiii cu cardiopatii congenitale cu sunt stânga-dreapta, în special atunci când suntul este posttricuspidian si implica un volum mare de sânge.

Leziuni cu risc crescut de decompensare cardiaca sunt: transpozitia marilor vase, trunchiul arterial, fereastra aortopulmonara, canalul atrioventricular comun, defectul septal ventricular, ventriculul unic, persistenta de canal arterial.

Mecanismul fiziopatologic de decompensare cardiaca este suprasolicitarea de volum sau rezistenta vasculara pulmonara crescuta. Insuficienta cardiaca este de obicei globala la vârstele mici. Mecanismele rezervei cardiace în cazul inimii nou-nascutului sunt scazute: rezerva diastolica este redusa, ca si rezerva sistolica, aceasta din urma în special prin imposibilitatea de crestere a frecventei cardiace. De aceea, insuficienta cardiaca apare frecvent la vârstele mici, de nou nascut si sugar.

La vârsta adulta, insuficienta cardiaca este predominant dreapta si apare frecvent în conditii de crestere a rezistentelor vasculare pulmonare: efort, infectii pulmonare, altitudine, sau în stadiile finale ale bolii când rezistentele vasculare pulmonare sunt mult crescute.