Fisiopatologia della compromissione cardiovascolare nel bambino in stato di shock

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1 AreaPediatrica Vol. 15 n. 1 gennaio-marzo [ tutto su ] Fisiopatologia della compromissione cardiovascolare nel bambino in stato di shock Qualunque sia l eziopatogenesi dello shock il coinvolgimento dell apparato cardiovascolare ha un ruolo centrale nel processo fisiopatologico.

2 Stefania Formicola Renato Vitiello PO S. Anna e SS. Madonna della Neve, Boscotrecase (NA), ASL Napoli 3 Sud Introduzione Lo shock è una condizione in cui la perfusione sistemica è insufficiente a soddisfare le richieste metaboliche dell organismo. Tale stato patologico è in realtà un processo dinamico e progressivo che vede l organismo in grado di mettere in atto, in una prima fase, dei meccanismi di compenso per mantenere un adeguata ossigenazione cellulare; più tardivamente comincia una fase di scompenso che, se non tempestivamente identificata, può condurre ad exitus. 1,3 In età pediatrica l identificazione dello stato di shock può essere particolarmente difficile: i segni clinici possono essere subdoli, aspecifici e di difficile interpretazione e possono pertanto ritardare l intervento terapeutico che, per avere maggiori probabilità di successo, deve essere effettuato nelle prime fasi dello shock, cioè nella fase di compenso. Qualunque sia l eziopatogenesi dello shock (ipovolemico, settico, cardiogeno, etc.) il coinvolgimento dell apparato cardiovascolare ha un ruolo centrale nel processo fisiopatologico. Le manovre semeiologiche che attuiamo o i segni che ricerchiamo per accertare la diagnosi e per valutare la gravità dello shock sono tutti in stretta relazione con la funzione cardiovascolare: tachicardia, allungamento del tempo di refill, bassa temperatura delle estremità, obnubilamento del sensorio, oliguria, ipotensione, etc. Anche la disfunzione di più apparati, caratteristica del paziente in shock conclamato, ha il suo iniziale momento nell alterazione della funzione cardiaca: indispensabile per il clinico è la comprensione dei meccanismi fisiopatologici cardiovascolari per un corretto ed efficace intervento terapeutico di questa comune urgenza pediatrica. 1,3,4 Svolgimento Lo shock è la causa più frequente di insufficienza cardiocircolatoria in pazienti di età pediatrica che si presentano in Pronto Soccorso. Esso rappresenta l espressione clinica dell inadeguatezza dell organismo di mettere a disposizione dei tessuti una quantità di ossigeno sufficiente a rispondere alle attese metaboliche della periferia. L alterata respirazione periferica favorisce il metabolismo anaerobico con conseguente acidosi metabolica e disfun- DUE CASI CLINICI GIOVANNA: shock settico Giovanna è una bambina di 4 anni che giunge in Pronto Soccorso perché presenta dalla sera precedente febbre superiore a 38,5 C non responsiva al paracetamolo. La madre di Giovanna è visibilmente preoccupata sia per la febbre, sia perché la bimba appare particolarmente abbattuta. I parametri rilevati al triage sono: peso 16 kg, TC 38,7 C, FC 160 b/m, FR 38 a/m, SaO2 98%, PA 75/40. L anamnesi non rivela particolari degni di nota. All esame clinico la paziente è sofferente e poco reattiva agli stimoli. Il GCS è 10 e il capillary refill è allungato (3 4 sec); la restante obiettività è negativa. Pratica esami d urgenza e inizia infusione con soluzione fisiologica alla dose di 250 cc in 10 minuti e, a seguire, viene prescritta la stessa dose di soluzione fisiologica ma da infondere in 20 minuti. Una valutazione cardiologica con ecocardiogramma è negativa. Gli esami di laboratorio mostrano: WBC (L49%; N41%); PCR 8,1 (vn < 0,7); negativi o nei limiti i restanti valori. Dopo poco più di 1 ora dall ingresso e dopo aver quasi terminato il programma flebo le condizioni generali di Giovanna non sono migliori: TC 37,5 C, FC 170 b/m, FR 40 a/m, SaO2 97%, refill 4 sec, PA 78/38 mmhg. Una lesione purpurica compare al fianco dx e micro-petecchie al tronco e agli arti. FRANCESCO: shock ipovolemico Francesco, 3 anni, è condotto in Pronto Soccorso perché non urina da circa 12 ore. La nonna riferisce che il piccolo presenta da tre giorni vomito e diarrea, beve poco e non si alimenta da 24 ore. L anamnesi fisiologica e patologica remota è negativa. All ingresso i parametri vitali mostrano TC 36 C, O2Sat 99%, PA 80/45, FC 140b/m, capillary refill 4 sec. Il peso è 13,8 kg. Francesco appare letargico (GCS 7), le labbra sono secche, le estremità fredde, il colorito cutaneo pallido. La restante obiettività è nella norma. Stabilito un accesso venoso si infondono due boli da 250 cc di soluzione fisiologica in 40 minuti. Dopo un ora le condizioni generali di Francesco sono drammaticamente migliorate. zione multiorgano che, se non corretti, esitano in arresto cardiaco e morte. 1 Lo shock e l insufficienza di circolo possono essere riconosciuti nelle fasi iniziali di malattia dalla coesistenza di tachicardia e scarsa perfusione dei tessuti, clinicamente rilevabile da un allungamento del tempo di refill ed estremità fredde (stato di shock compensato). La persistenza della noxa patogena e il mancato intervento terapeutico favoriscono poi lo sviluppo di uno stato scompensato di shock, clinicamente diagnosticabile dalla comparsa di ipotensione, obnubilamento del sensorio, oliguria e tachipnea. Un riconoscimento non tempestivo della gravità dei sintomi e misure terapeutiche non sufficientemente adeguate possono rendere lo shock irreversibile con evoluzione infausta. 2,3 Ruolo del pediatra è capire in quale punto di questa progressione verso l arresto cardiaco si trovi il bambino, in modo da mettere in atto il trattamento più adeguato per migliorare l ossigenazione tissutale ed invertire la deriva che conduce il paziente alla morte. L apparato cardiovascolare riveste, nella generale compromissione di più organi, un ruolo centrale nella patogenesi dello shock, per cui la conoscenza dei meccanismi fisiopatologici responsabili della compromissione cardiaca è indispensabile al pediatra coinvolto nella gestione di tali difficili pazienti. Il sostegno emodinamico del paziente in shock richiede, secondo le AreaPediatrica Vol. 15 n. 1 gennaio-marzo

3 BP Figura 1. Legenda: BP=Pressione Arteriosa, SVR=Resistenze Vascolari Periferiche; CO=gittata cardiaca; HR=frequenza cardiaca; SV=volume sistole. Le variabili con box contornato in azzurro sono manipolabili con la terapia; le linee mostrano se i parametri sono inversamente (tratteggiata) o direttamente (continua) proporzionali. SVR HR Afterload CO SV Contrattilità Preload AreaPediatrica Vol. 15 n. 1 gennaio-marzo linee guida, una rianimazione aggressiva con infusione di soluzioni che espandono il comparto intravascolare, eventualmente la somministrazione di inotropi a sostegno della contrattilità ventricolare e, se necessario, di farmaci 1-3, 5-8 che agiscono sulle resistenze vascolari periferiche. Rivisitiamo le conoscenze di fisiologia necessarie all applicazione ragionata di tale trattamento. Manipolazione dei determinanti della gittata cardiaca La modifica attenta delle variabili che influiscono sulla gittata cardiaca (CO) può migliorare la prestazione cardiovascolare del paziente in shock e favorire il benessere del bambino (Fig. 1: box contornati in azzurro). Il Volume Sistole, vale a dire il volume ematico proiettato in circolo con una singola contrazione ventricolare, è direttamente proporzionale al preload (ovvero il volume di sangue presente nel ventricolo in diastole) ed alla contrattilità (capacità di accorciamento delle fibre muscolari) ed è indirettamente proporzionale all afterload (ovvero alla resistenza vascolare offerta al flusso ematico). In condizioni di normalità tutti i parametri riportati nella Fig. 1 trovano fra loro un equilibrio dinamico tale da garantire la migliore performance cardiovascolare possibile per consentire all organismo di adattarsi alle mutevoli esigenze del quotidiano. In un soggetto adulto in Figura 2. Relazione Precarico Gittata Cardiaca (Legge di Frank-Starling: la relazione mostra come varia la gittata cardiaca (asse delle ordinate) al variare delle dimensioni (asse delle ascisse) del ventricolo in fine diastole (ovvero, al variare del preload o del precarico o del volume ventricolare di fine diastole). All aumentare del preload aumenta la gittata cardiaca e la performance del cuore, fino ad un massimo (lunghezza critica) oltre il quale la gittata cardiaca diminuisce e si ha un peggioramento della funzione cardiaca. Gittata cardiaca (L/min) Dimensioni del ventricolo in fine diastole corso di esercizio fisico massimale, infatti, è grazie alle modifiche che si verificano fra le variabili della CO che è possibile rispondere adeguatamente all aumentata richiesta di ossigeno da parte dei tessuti, per cui la CO può passare da un livello di riposo di 5 l/m ad uno di 25 l/m durante lo sforzo. Allo stesso modo, in corso di malattia possiamo favorire l aumento della CO e le prestazioni cardiovascolari ove mai dovessero essere depresse se interveniamo farmacologicamente per aumentare la frequenza cardiaca, il preload e la contrattilità, oppure riducendo l afterload. Abitualmente un aumento della frequenza cardiaca non è mai ricercata in maniera diretta ed esclusiva con i farmaci, perché il cuore del bambino malato già presenta una risposta tachicardica ottimale. Una migliore conoscenza degli altri parametri può essere utile per manipolare in maniera ragionata, in caso di necessità, la funzione cardiovascolare, consentendoci di intervenire in modo preciso e sicuro per ottimizzarne l efficacia. 1,5,6,9 Preload (o precarico) Costituisce la tensione di parete alla fine della diastole, ossia il carico passivo imposto alla fibra miocardica prima della sua contrazione. In parole più semplici esso rappresenta il grado di dilatazione del cuore nella fase finale della diastole, parametro in diretto rapporto col riempimento ventricolare. Se il cuore è poco riempito in diastole (ad esem-

4 L ottimizzazione della gittata cardiaca e della pressione arteriosa possono migliorare la perfusione periferica. pio: ipovolemia per una diarrea acuta) si ha una diminuzione del volume sistole (volume di sangue espulso dal ventricolo ad ogni contrazione) e, di conseguenza, una riduzione della gittata cardiaca (Fig. 1). D altro canto se la quantità di sangue presente in fine diastole è molto elevata e determina un eccessiva dilatazione del cuore (ad esempio: cardiomiopatia dilatativa) la gittata cardiaca ne resta lo stesso inficiata. 9 Per capire bene la relazione fra preload e gittata cardiaca è necessario ricordare la legge di Frank-Starling (Fig. 2): aumentando il volume ventricolare di fine diastole (ovvero, il grado di stiramento delle fibre cardiache) si osserva un aumento della capacità di contrazione della muscolatura cardiaca (parte ascendente della curva) fino al raggiungimento della cosiddetta lunghezza critica, oltre la quale le fibre di actina e miosina si disallineano, perdono il rapporto reciproco e non possono più garantire una contrazione efficace (parte discendente della curva). Il miglioramento della perfusione dei tessuti periferici che osserviamo quando somministriamo un bolo di fisiologica ad un bambino disidratato è legato a tale principio. Allo stesso modo, se infondiamo un bolo di fisiologica in un bambino scompensato con cardiomiopatia dilatativa otterremo un peggioramento della performance cardiaca. 9 Starling dimostrò queste caratteristiche intrinseche del cuore con il preparato cuore-polmoni in cui controllava il flusso in ingresso e in uscita tramite due manometri, mentre le resistenze periferiche venivano imposte tramite un tubo collassabile. Egli ottenne delle curve sperimentali che mostravano la relazione fra il flusso in ingresso (precarico=volume del ventricolo in fine diastole) ed il flusso in uscita (gittata cardiaca): vedi Fig. 2. Un cuore sano in condizioni normali lavora solo nel tratto ascendente della curva, mentre nella zona discendente caratterizzata da volumi ventricolari più elevati, detta zona di scompenso, lavora solo in condizioni patologiche. Quando vogliamo intervenire farmacologicamente sul precarico dobbiamo Gittata cardiaca (L/min) CONTRATTILITÀ Dimensioni del ventricolo in fine diastole Figura 3. Effetto dei farmaci che influenzano la contrattilità: quando si somministra un farmaco ad effetto inotropo positivo determiniamo uno spostamento della curva verso l alto, con un aumento della gittata cardiaca a parità di precarico. L opposto avviene se infondiamo un farmaco ad azione inotropa negativa: la curva si sposta verso il basso. sapere, più o meno, a che parte della curva ci troviamo: se riteniamo che il ventricolo sia parzialmente vuoto (per esempio in caso di shock ipovolemico nel paziente disidratato per diarrea a- cuta) e ci troviamo nella prima parte di ascesa della curva, possiamo migliorare la performance cardiaca aumentando la distensione del ventricolo (preload) tramite l infusione di boli di cristalloidi (soluzione fisiologica) o di colloidi (plasma). Se, viceversa, ci troviamo nella zona di scompenso della curva, come capita nel paziente con cardiomiopatia dilatativa, e vogliamo migliorare la performance cardiaca, dobbiamo ridurre il volume di fine diastole del cuore somministrando, ad esempio, diuretici. 9 Contrattilità La contrattilità rappresenta l elemento più intuitivo dei determinanti della gittata cardiaca. Essa si può definire come la capacità intrinseca delle fibre miocardiche di accorciarsi generando forza. I farmaci che agiscono sulla contrattilità intrinseca della cellula muscolare cardiaca posseggono un effetto inotropo positivo se migliorano la contrattilità, oppure negativo se la deprimono (Fig. 3). Il sarcomero è l unità contrattile fondamentale del muscolo cardiaco. Sebbene le differenze anatomiche con il muscolo scheletrico siano minime, notevoli sono le diversità funzionali, in quanto la fibrocellula cardiaca a riposo risponde alla legge di Frank-Starling. Una sostanza (vedi Fig. 3) possiede un azione farmacologica inotropa positiva se, a parità di carico, sposta la curva in alto nel classico esperimento di Frank Starling; viceversa ha un effetto inotropo negativo se riduce la contrattilità spostando la curva in basso. Nello shock settico si ha una compromissione della gittata cardiaca perché si verifica un azione tossica diretta delle endotossine sulla qualità contrattile del cuore. Utilizzare farmaci ad azione inotropa positiva, quali la do- AreaPediatrica Vol. 15 n. 1 gennaio-marzo

5 AreaPediatrica Vol. 15 n. 1 gennaio-marzo butamina o la dopamina, riesce ad elevare la performance cardiaca, determinando un miglioramento della perfusione periferica e delle condizioni generali del paziente. 1,6-8 Afterload (o postcarico) afterload (o postcarico) può essere con L siderato come la forza che si oppone allo svuotamento ventricolare. In effetti esso è direttamente proporzionale alla pressione aortica, alle resistenze vascolari periferiche (ovvero, il raggio dei vasi) ed al volume ventricolare; è inversamente proporzionale allo spessore della cavità ventricolare. Il più sensibile parametro regolatore dell afterload sono le resistenze vascolari sistemiche, perché queste si modificano al variare della quarta potenza del raggio dei vasi. È questo il motivo per cui nella pratica clinica si fa coincidere (anche se in maniera impropria) il concetto di postcarico con quello di resistenze vascolari sistemiche. 9 Poiché l aumento dell afterload determina, a parità degli altri determinanti, una riduzione della gittata cardiaca (vedi Fig. 1) è intuitivo che diminuendo farmacologicamente il postcarico con la somministrazione Bibliografia 1. Yager P, Noviski N. Shock. Pediatr Rev 2010;31: Carcillo JA, Kuch BA, Han YY et al. Mortality and Functional Morbidity After Use of PALS/APLS by Community Physicians. Pediatrics 2009;124: American Heart Association American Heart Association (AHA) Guidelines for Cardiopulmonary Resuscitation (CPR) and Emergency Cardiovascular Care (ECC) of Pediatric and Neonatal Patients: Pediatric Advanced Life Support. Pediatrics 2006;117:e1005-e Schwarz AJ. Shock in Pediatrics. Medscape 3/1/ Schwarz AJ. Shock in Pediatrics Treatment & Management. Medscape 3/1/ Carcillo JA, Fields AI; Task Force Committee Members. Clinical practice parameters for hemodynamic support of pediatric and neonatal patients in septic shock. Crit Care Med 2002;30: Brierley J, Carcillo JA, Task Force Committee Members. Clinical practice parameters for hemodynamic support of pediatric and neonatal septic shock: 2007 update from the American College of Critical Care Medicine. Crit Care Med 2009;37: Brierley J, Peters MJ. Distinct Hemodynamic Patterns of Septic Shock at Presentation to Pediatric Intensive Care. Pediatrics 2008;122: Pappano A. Elementi della Funzione Cardiaca: la pompa cardiaca. In: Berne & Levy. Fisiologia. Milano: Casa Editrice Ambrosiana, di vasodilatatori è possibile migliorare la performance cardiaca. Si può agire in tal modo, ad esempio, nel caso di shock cardiogeno: il nitroprussiato di sodio (in terapia intensiva) oppure gli ACE-inibitori (quando il paziente viene trattato in corsia) sono correntemente utilizzati per ridurre l afterload e migliorare la gittata cardiaca. Poiché i vasodilatatori agiscono aumentando il raggio dei vasi arteriosi e sappiamo che questo parametro si relaziona inversamente con il postcarico alla quarta potenza, si comprende come la somministrazione di questa classe di farmaci debba essere condotta con cautela, utilizzando prima dosi basse per poi aumentarle lentamente solo se verifichiamo ad ogni step un miglioramento della perfusione periferica. Nello shock settico l afterload in genere è elevato (shock freddo) ma può anche essere basso (shock caldo) come avviene più frequentemente negli adulti o nei bambini con sepsi portatori di catetere centrale. 7 È buona prassi calcolare nello shock settico le resistenze vascolari sistemiche, utilizzando il doppler per il calcolo della CO ed i cateteri intravascolari per il calcolo delle pressioni. Le resistenze vascolari sistemiche si calcolano sfruttando la relazione R=P/F dove R=resistenza; P=Pressione; F=Flusso. Conoscendo la gittata cardiaca, la pressione arteriosa media e la pressione venosa centrale, è possibile misurare le resistenze vascolari periferiche con una buona precisione: RVS (dyn s/cm5)=[(pa Media Pressione Venosa Centrale)/CO] X 80 dove RVS=Resistenze Vascolari Sistemiche; PA=Pressione Arteriosa; 80=fattore di conversione da Wood Units a dyn s/cm5. 9 Il cuore sano ha la capacità di variare reciprocamente i fattori cardiaci intrinseci (contrattilità) e carico-dipendenti (precarico e postcarico); ciò gli consente di esercitare in modo armonico ed integrato l azione di pompa con un elevata capacità di adattamento nei confronti dei cambiamenti dell equilibrio emodinamico, come in presenza di variazioni delle condizioni di carico, delle proprietà contrattili miocardiche o delle esigenze metaboliche dell organismo. Questa capacità di adattamento, a cui l apparato cardiovascolare ricorre anche in condizioni di malattia, può non essere sufficiente se la noxa patogenetica è particolarmente severa, con evoluzione dell equilibrio emodinamico verso uno stato di shock. Conflitto d interesse: Gli autori dichiarano di non avere nessun conflitto d interessi.