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-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
martedì 24 gennaio 12
NODO SENO-ATRIALE
fisiologia
corrente “funny” depolarizzante
attivata per Vm < 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
martedì 24 gennaio 12
FREQUENZA CARDIACA INTRINSECA
Atropina + propranololo
Trimetafano
Resting HR
58±9 bpm
Jose and Collison,
Cardiovasc Res 1970
diminuisce con l’età
differenze interindividuali
differenze metodologiche (blocco farmacologico simpatico +
vagale, blocco gangliare, denervazione in modelli sperimentali)
martedì 24 gennaio 12
young
(25±4 yrs)
Resting HR
54±7 bpm
aged
(65±5 yrs)
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)
martedì 24 gennaio 12
INNERVAZIONE CARDIACA
trasduzione del segnale
1
PKA
2
acetilcolinesterasi
martedì 24 gennaio 12
Gi
KAch
INNERVAZIONE CARDIACA
meccanismi ionici di azione
+
simpatico
+
+
+
PKA
cAMP
+
parasimpatico
+
martedì 24 gennaio 12
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)
martedì 24 gennaio 12
INNERVAZIONE CARDIACA
differenze fra frequenza e periodo cardiaco
2200,0000
maggiore tono simpatico
minore tono parasimpatico
HP (ms)
1700,0000
1200,0000
700,0000
200,0000
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
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
martedì 24 gennaio 12
150
INNERVAZIONE CARDIACA
risposte dinamiche
J Appl Physiol 1962;17:349-55
simpatico
martedì 24 gennaio 12
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
martedì 24 gennaio 12
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
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
stimoli
trasduzione
S1
S2
S3
Sn
recettori
afferenze
sistema
nervoso
attività efferente
simpatica
trasduzione
nodo
SA
attività efferente
parasimpatica
inferenza
martedì 24 gennaio 12
HRV
HRV
HRV è causata dalla
modulazione dell’attività nervosa vagale
e simpatica
e NON dal rispettivo tono
HRV
INTERPRETAZIONE DI HRV (II):
tono e modulazione
tono vagale
tono simpatico
Bailey et al., Am J Physiol
1996
controllo
attività vagale costante
modulazione
modulazione vagale
Hedman et al., Acta Physiol
Scand 1995
martedì 24 gennaio 12
tono
(valor medio)
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 […]”
Integrated sympathetic activity (Δ%)
100
40
20
0
-20
-40
-100
martedì 24 gennaio 12
Brain
Research,
1982
ARITMIA SINUSALE RESPIRATORIA
(HRV HF: 0,15-0,4 Hz) (I)
2009
meccanismo principalmente
vagale
1733
martedì 24 gennaio 12
ARITMIA SINUSALE RESPIRATORIA
(HRV HF: 0,15-0,4 Hz) (II)
J Appl Physiol 1993;75:2310-7
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) (III)
postcarico
↑
ventricolo sinistro
↓ pressione
toracica
↑ ritorno venoso
cuore destro
↓ gittata
sistolica
inspirazione
↑ volume
polmonare
↓ attività
vagale
↑ frequenza
cardiaca
martedì 24 gennaio 12
↓ ritorno venoso
cuore sinistro
↓ pressione
arteriosa
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
martedì 24 gennaio 12
VARIABILITA’ DELLA FREQUENZA CARDIACA
A BASSA FREQUENZA (0,04-0,15 Hz) (II)
Am J Physiol 1994;266:R1993-2000
RSNA vs. BP
Am J Physiol 1994;267:R1378-84
denervazione seno-aortica
blocco α-adrenergico
martedì 24 gennaio 12
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
martedì 24 gennaio 12
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)
martedì 24 gennaio 12
“
martedì 24 gennaio 12
”
