Relazione elettrofisiologia cellulare ed ECG
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Elettro'isiologia di base della miocellula in relazione con i disturbi di eccitoconduzione cardiaca; trasposizione dell’elettro'isiologia miocardica al segnale ECG come somma vettoriale Dr. Massimo Zecchin Responsabile Elettro'isiologia ed Elettrostimolazione SC di Cardiologia -­‐ Azienda Ospedaliero-­‐Universitaria “Ospedali Riuniti” di Trieste Forma d’onda all’ECG di super'icie sulla base del potenziale di membrana, dimensione delle 'ibre cardiache, distanza delle 'ibre dagli elettrodi, conduttanza intracellulare Gima K and RudyY Circ Res 2002;90:889–96. Origine e propagazione dell’impulso elettrico IN IN OUT OUT IN OUT ACTIVE TRANSPORTERS OUT: Na+ 130 mM, K+ 4 mM, Ca2+ 1.8 mM PRIMARY Na/K ATP-ase SECONDARY Na/Ca exchanger Na/Glu symport Ca2+ 3Na+ ATP 2K+ ADP+Pi 3Na+ IN: Na+ 5 mM, K+ 150 mM, Ca2+ 0.1 µM PUMPS and EXCHANGERS Na/K pump model Na+ Glu Canali ionici e potenziale d’azione Fase 0: depolarizzazione rapida Fase 1: iniziale ripolarizzazione Fase 2: plateau Fase 3: ripolarizzazione rapida Fase 4: diastole elettrica Canali Na+ e Ca++ Canali K+ → entrata (↑ carica + intracell → depolarizzazione) → uscita (↑ carica - intracell → ripolarizzazione) Pompa Na+-K+ → ( ↑ carica - intracell → ripolarizzazione attiva) Canali ionici cardiaci SA and AV NODES VENTRICLE ATRIUM note: pump and exchanger currents (INaK, INaCa) omitted PARAMETRI FUNZIONALI E LORO RELAZIONE CON IL POTENZIALE D’AZIONE Eccitabilità: capacità di generare potenziali d’azione in seguito ad uno stimolo. Proporzionale alla quantità di corrente entrante (fase 0 del potenziale d’azione: ICa nei nodi SA e AV, INa nel resto del miocardio). Automaticità: capacità di generare automaticamente potenziali d’azione. Automaticità normale nelle cellule del nodo SA,nodo AV e fibre di Purkinje (corrente If). Refrattarietà: stato di ineccitabilità presente quando la membrana è depolarizzata dovuta all’inattivazione della INa. Il recupero dell’eccitabilità avviene con la ripolarizzazione Il periodo refrattario relativo coincide con le fasi intermedie del recupero dall’inattivazione della INa → l’eccitazione richiede stimoli di maggiore intensità e dà luogo a propagazione più lenta. In condizioni normali, il principale determinante della durata del periodo refrattario è la durata del potenziale d’azione (APD) PARAMETRI FUNZIONALI E LORO RELAZIONE CON IL POTENZIALE D’AZIONE Conduzione: è il fenomeno per cui il potenziale d’azione si propaga nel miocardio. Essa è caratterizzata da una velocità (CV), proporzionale all’intensità della INa attivata durante la fase 0 del potenziale d’azione The propagation circuit source and load SOURCE A LOAD ELECTRICAL ANYSOTROPY B Velocity: θT < θL ANISOTROPIA source source source load load load isotropic moderately anisotropic strongly anisotropic SOURCE/LOAD Meccanismi delle aritmie 1.Origine focale 2.Meccanismo di rientro Meccanismo focale • Automa'cità anormale: in presenza di parziale depolarizzazione della membrana indo1a da sofferenza cellulare (p.es. ischemia, ipopotassiemia), qualsiasi regione del miocardio può presentare depolarizzazione diastolica e cos>tuisce un "focus" ectopico. A differenza del meccanismo responsabile dell’automa>cità normale, la corrente entrante che sos>ene tale depolarizzazione diastolica è principalmente la ICa. Meccanismo focale • Triggered ac'vity: sostenuta da "post-­‐potenziali« anormali oscillazioni del potenziale di membrana che seguono un potenziale d’azione. I post-­‐potenziali dipendono dal precedente potenziale d’azione (il "trigger"). Esistono due >pi di "post-­‐potenziali": • Early a'erdepolariza.ons (EADs): insorgono durante la ripolarizzazione (fasi 2 e 3 ); le EADs più frequen> sono indo1e da diminuzione della condu1anza (gK) del canale della IK (ipokaliemia, bradicardia). Le EADs, vengono inibite da tu1e le condizioni che diminuiscono le corren> entran> (blocco di INa o ICa) o che aumentano le corren> uscen> (tachicardia, aUvatori dei canali di K+). Meccanismo focale • Delayed a'erdepolariza.ons (DADs): insorgono durante la diastole ele1rica in condizioni di sovraccarico cellulare di Ca2+. Esse conseguono all’aUvazione di corren> depolarizzan> da parte di anomale oscillazioni della concentrazione intracellulare di Ca2+ ([Ca2+]i), generalmente promosse dal precedente potenziale d’azione (il trigger), e vengono favorite dalla tachicardia (per aumento di [Ca2+]i). L’intossicazione digitalica è la più >pica, ma non unica, causa di DADs, che compaiono anche in altre condizioni di sofferenza metabolica associata a sovraccarico cellulare di Ca2+ (p.es. ischemia), specie se associate ad aUvazione adrenergica. Meccanismo focale Isolated right atrial myocytes from patients with episodes of AF exhibit a more frequent spontaneous SR Ca2+ release than myocytes from patients free of this arrhythmia. This was true both for a local, nonpropagated Ca2+ release from the SR (Ca2+ sparks) and for a more extensive spontaneous SR Ca2+ release (Ca2+ waves). Hove-Madsen, L. et al. Circulation 2004;110:1358-1363 Meccanismo da rientro Meccanismo del rientro La genesi di un circuito di rientro richiede un dissincronismo di attivazione, tale per cui all’interno di uno stesso ciclo cardiaco, coesistano zone ancora attivate e zone che hanno già superato il periodo refrattario e possono, quindi, venire riattivate dalle prime. Tale condizione è favorita da riduzione della velocità di conduzione, accorciamento del periodo refrattario (PR) e presenza di conduzione unidirezionale Stimolo cardiaco sinusale Stimolo cardiaco anticipato (extrasistole, extrastimolo) ↓ampiezza P dA ↓ n° o funzione GJ Conduzione anisotropa ↓ ↓ V di conduzione ↓ampiezza e durata P dA PR < S>molazione an>cipata ↓ Conduzione a ↓ V Durante PRR Conduzione a ↓↓ V ↑ durata PdA S>molazione durante PR ↓ No conduzione Attivazione del cuore ed ECG Ritmo sinusale , FC 80/ min ; tracciato normale 1903 Sir William Einthoven Derivazioni e loro disposizione nello spazio - Asse della derivazione + Vettore Derivazioni bipolari (periferiche): da – a + Derivazioni unipolari: (precordiali): in avvicinamento - Asse della derivazione Vettore + Derivazioni e loro disposizione nello spazio - Asse della derivazione + Vettore Derivazioni bipolari (periferiche): da + a Derivazioni unipolari: (precordiali): in allontanamento - Asse della derivazione + Vettore Attivazione normale del cuore Nodo del seno onda P Atrio sin Atrio dx Ventr. sinistro Nodo AV Branca destra Ventr. dx Complesso QRS Branca sinistra onda T Attivazione normale del cuore Int. PQ Nodo del seno Atrio sin onda P onda T Atrio dx Ventr. sinistro Complesso QRS Ventr. dx Nodo AV Branca sinistra Branca destra Attivazione normale del cuore Nodo del seno Atrio sin onda P onda T Atrio dx Ventr. sinistro Ventr. dx Nodo AV Fascio di His Branca destra Complesso QRS Branca sinistra Attivazione normale del cuore Nodo del seno Atrio sin Atrio dx Ventr. sinistro Onda p (attività atriale) Ventr. dx Nodo AV P + DII Attivazione normale del cuore Nodo del seno Atrio sin Atrio dx 1 Nodo AV Ventr. dx Ventr. sinistro la deflessione iniziale, iniziale, negativa, negativa, seguita dalla onda R. + DI q Attivazione normale del cuore Nodo del seno Atrio sin Atrio dx Ventr. 2 sinistro DI Ventr. dx Nodo AV la prima deflessione positiva. positiva. Può non essere preceduta da una onda Q. + R + DII Attivazione normale del cuore Nodo del seno Atrio sin Atrio dx Nodo AV 3 Ventr. sinistro la deflessione negativa che segue l’ l’onda R. Ventr. dx s + DII Derivazioni precordiali post dx sin ant Rapporto ECG/potenziale d’azione Gima K, Rudy Y Circ Res 2002;90:889-96. Rapporto ECG/potenziale d’azione Rallentata conduzione Gima K, Rudy Y Circ Res 2002;90:889-96. BLOCCO INTRAVENTRICOLARE Branca sinistra Fascicolo posteriore Fascicolo anteriore Branca destra Blocchi di branca Blocco di branca destra 1 2 3 V6 V1 BLOCCO DI BRANCA DESTRA BLOCCO DI BRANCA DESTRA Blocco di branca sinistra 1 3 2 V6 v1 V1 BLOCCO DI BRANCA SINISTRA BLOCCO DI BRANCA SINISTRA Correlazione ECG/potenziale d’azione Esempi clinici Rapporto ECG/potenziale d’azione Ischemic ST elevation Activation of I K(ATP) → Heterogeneous suppression of the AP plateau → APD shortening (thin gray lines) → ST-segment elevation Gima K, Rudy Y Circ Res 2002;90:889-96. Rapporto ECG/potenziale d’azione Ipo/iperkaliemia Gima K, Rudy Y Circ Res 2002;90:889-96. Rapporto ECG/potenziale d’azione Long QT syndrome Gima K, Rudy Y Circ Res 2002;90:889-96. Rapporto ECG/potenziale d’azione Brugada syndrome and VT origin Blocco canali del Na+ localizzato → ↑ flusso Ca++ → d ifferenza di potenziale → innesco tachicardia .Antzelevitch C Yan G Heart Rhythm 2010;7:549–58
