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
NODO SENO-ATRIALE anatomia Situato fra: il tratto terminale della vena cava superiore la parte superiore della cresta terminale dell atrio destro la radice dell appendice atriale destra Dobrzynski et al., Circulation 2007 Lunghezza 10-20 mm, larghezza 3-6 mm, spessore 1 mm Fedorov et al., JACC 2010
NODO SENO-ATRIALE fisiologia corrente funny depolarizzante attivata per V m < 40-45 mv correnti del Ca ++ antiporto elettrogenico: scambio 3 Na + / 1 Ca ++ corrente rettificante verso l esterno e ritardata corrente rettificante verso l interno
FREQUENZA CARDIACA INTRINSECA Atropina + propranololo Trimetafano Resting HR 58±9 bpm Resting HR 54±7 bpm Jose and Collison, Cardiovasc Res 1970 young (25±4 yrs) aged (65±5 yrs) diminuisce con l età differenze interindividuali differenze metodologiche (blocco farmacologico simpatico + vagale, blocco gangliare, denervazione in modelli sperimentali) Christou et al., J Appl Physiol 2008
INNERVAZIONE CARDIACA anatomia 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)
INNERVAZIONE CARDIACA trasduzione del segnale 1 PKA - 2 acetilcolinesterasi G i K Ach
INNERVAZIONE CARDIACA meccanismi ionici di azione + simpatico + + PKA + camp + - parasimpatico +
INNERVAZIONE CARDIACA antagonismo 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)
INNERVAZIONE CARDIACA differenze fra frequenza e periodo cardiaco 2200,0000 HP (ms) 1700,0000 1200,0000 maggiore tono simpatico minore tono parasimpatico 700,0000 200,0000 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 HR (bpm) 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 aumenta quando è minore il tono parasimpatico
INNERVAZIONE CARDIACA risposte dinamiche J Appl Physiol 1962;17:349-55 simpatico parasimpatico
INNERVAZIONE CARDIACA risposte 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
INNERVAZIONE CARDIACA risposte dinamiche (II) Am J Physiol 1996;271:H288-95 il tono simpatico rende più efficace il controllo vagale il tono vagale rende più efficace il controllo simpatico
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
INTERPRETAZIONE DI HRV (I): determinanti stimoli trasduzione sistema nervoso trasduzione S 2 S n S 1 S 3 recettori afferenze attività efferente simpatica attività efferente parasimpatica nodo SA HRV inferenza
INTERPRETAZIONE DI HRV (II): tono e modulazione HRV è causata dalla modulazione dell attività nervosa vagale e simpatica e NON dal rispettivo tono HRV HRV tono vagale tono simpatico controllo Bailey et al., Am J Physiol 1996 attività vagale costante modulazione tono (valor medio) modulazione vagale Hedman et al., Acta Physiol Scand 1995
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 an extensive array of functionally specific output channels [ ] 100 Integrated sympathetic activity (Δ%) 40 20 0-20 -40 Brain Research, 1982-100
ARITMIA SINUSALE RESPIRATORIA (HRV HF: 0,15-0,4 Hz) (I) 2009 meccanismo principalmente vagale 1733
ARITMIA SINUSALE RESPIRATORIA (HRV HF: 0,15-0,4 Hz) (II) J Appl Physiol 1993;75:2310-7 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) (III) postcarico ventricolo sinistro pressione toracica ritorno venoso cuore destro gittata sistolica inspirazione attività vagale volume polmonare ritorno venoso cuore sinistro pressione arteriosa frequenza cardiaca l effetto varia con la postura: HRV HF contribuisce alle fluttuazioni di pressione arteriosa in clinostatismo ma le smorza in tilt Taylor et al., Circulation 1996
VARIABILITA DELLA FREQUENZA CARDIACA A BASSA FREQUENZA (0,04-0,15 Hz) (I) frequenza dominante speciespecifica: 0,1 Hz (uomo), 0,3 Hz (coniglio) 0,4 Hz (ratto, topo) ipotesi: meccanismo baroriflesso
VARIABILITA DELLA FREQUENZA CARDIACA A BASSA FREQUENZA (0,04-0,15 Hz) (II) Am J Physiol 1994;267:R1378-84 Am J Physiol 1994;266:R1993-2000 RSNA vs. BP denervazione seno-aortica blocco α-adrenergico
VARIABILITA DELLA FREQUENZA CARDIACA A BASSA FREQUENZA (0,04-0,15 Hz) (III) Am J Physiol 1985;248:H151-3 HRV Task Force, 1996 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
VARIABILITA DELLA FREQUENZA CARDIACA A 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)