Coronary blood flow

Abstract

Il cuore ha il più alto consumo di ossigeno per massa di tessuto di tutti gli organi umani. Il flusso sanguigno coronarico a riposo è ∼250 ml min-1 (0,8 ml min-1 g-1 di muscolo cardiaco); questo rappresenta il 5% della portata cardiaca.1 L’ischemia risulta quando la domanda di ossigeno supera l’offerta.

L’estrazione di ossigeno dalle arterie è del 70-80%, rispetto al 25% del resto del corpo. Pertanto, l’aumento del consumo di ossigeno deve essere soddisfatto principalmente da un aumento del flusso sanguigno coronarico, che può aumentare di cinque volte durante l’esercizio. L’offerta di solito corrisponde strettamente a qualsiasi cambiamento nella domanda. Tuttavia, un aumento del flusso sanguigno coronarico può aumentare indipendentemente il consumo di ossigeno del miocardio (effetto Gregg).2 Questo può essere spiegato dalle arterie coronarie piene che steccano il cuore e aumentano la lunghezza delle fibre end-diastoliche e la contrattilità.

Anatomia

I due ostia coronari nascono dai seni di Valsalva appena sopra la valvola aortica. L’arteria coronaria sinistra si divide in arteria discendente anteriore sinistra e arteria circonflessa. Rifornisce le pareti laterali e anteriori del ventricolo sinistro e i due terzi anteriori del setto interventricolare. L’arteria coronaria destra rifornisce il ventricolo destro, la parete posteriore del ventricolo sinistro e il terzo posteriore del setto. Le arterie coronarie principali si dividono in arterie epicardiche. Le arterie intramuscolari penetrano perpendicolarmente nel miocardio per formare plessi arteriosi subendocardici.

La maggior parte del sangue del muscolo ventricolare sinistro drena nel seno coronarico. La vena cardiaca anteriore riceve il sangue dal muscolo ventricolare destro. Entrambe si aprono nell’atrio destro. Le vene tebesiane drenano una piccola parte del sangue coronarico direttamente nelle camere cardiache e rappresentano il vero shunt.

Determinanti del flusso sanguigno coronarico

Pressione di perfusione coronarica

Durante la sistole, i vasi sanguigni intramuscolari sono compressi e contorti dal muscolo cardiaco in contrazione e il flusso di sangue al ventricolo sinistro è al suo minimo. La forza è maggiore negli strati subendocardici dove si avvicina alla pressione intramiocardica. Nella sistole, il sangue intramiocardico è spinto in avanti verso il seno coronarico e retrogradamente nei vasi epicardici, che agiscono come condensatori. Il flusso riprende durante la diastole quando il muscolo si rilassa. La pressione di perfusione coronarica è la differenza tra la pressione diastolica aortica e la pressione end-diastolica ventricolare sinistra (LVEDP). I cambiamenti fasici nel flusso di sangue al ventricolo destro sono meno pronunciati a causa della minore forza di contrazione. La pressione venosa centrale può essere una scelta più appropriata per la pressione a valle per calcolare la pressione di perfusione coronarica sul lato destro.2

Tempo di perfusione

Ogni aumento della frequenza cardiaca influisce sul tempo diastolico più del tempo sistolico e riduce il tempo di perfusione.

Diametro della parete vascolare

Il tono vasomotorio e i depositi all’interno del lume vascolare determinano il diametro della parete vascolare. L’interazione di vari meccanismi che regolano il tono vasomotorio coronarico favorisce di solito la vasodilatazione (Fig. 1).

Fattori che influenzano il tono vasomotorio

Metabolismo miocardico

Il tono vasomotorio è quasi esclusivamente determinato dalla domanda metabolica locale di ossigeno. L’ipossia causa direttamente la vasodilatazione coronarica, ma rilascia anche adenosina e apre i canali del potassio sensibili all’ATP. Gli sfinteri pre-capillari sono rilassati e più capillari reclutati.

Autoregolazione

In condizioni di riposo, il flusso sanguigno coronarico rimane costante tra le pressioni arteriose medie di 60-140 mm Hg. Oltre questo intervallo, il flusso diventa dipendente dalla pressione. I probabili meccanismi includono la risposta miogenica ai cambiamenti di pressione intraluminale (veloce) e la regolazione metabolica (lento). La tensione di ossigeno miocardica e la presenza di vasocostrittori o vasodilatatori influenzano la gamma di autoregolazione coronarica.

Controllo nervoso

Le influenze autonomiche sono generalmente deboli. È difficile distinguere il ruolo del controllo neurale sul flusso sanguigno coronarico, poiché gli effetti metabolici di qualsiasi cambiamento della pressione sanguigna, della frequenza cardiaca e della contrattilità dominano la risposta successiva. I vasi sanguigni epicardici hanno principalmente recettori α, la cui stimolazione produce vasocostrizione. I vasi sanguigni intramuscolari e subendocardici hanno prevalentemente recettori β2 (vasodilatazione). La stimolazione simpatica aumenta il flusso sanguigno miocardico attraverso un aumento della domanda metabolica e una predominanza di attivazione dei recettori β.

La stimolazione alfa può avere un ruolo nella distribuzione del flusso sanguigno all’interno del miocardio, limitando l’aumento del flusso mediato dal metabolismo ed esercitando un effetto anti-steale. Le influenze parasimpatiche sono minori e debolmente vasodilatatorie. L’effetto vasodilatatore dell’acetilcolina dipende da un endotelio intatto.

Controllo umorale

La maggior parte degli ormoni vasoattivi richiede un endotelio vascolare intatto. Gli ormoni peptidici includono l’ormone antidiuretico, il peptide natriuretico atriale, il peptide intestinale vasoattivo e il peptide legato al gene della calcitonina. L’ormone antidiuretico in concentrazione fisiologica ha poco effetto sulla circolazione coronarica ma provoca vasocostrizione in pazienti stressati. Gli altri peptidi causano vasodilatazione endotelio-mediata.

Angiotensina II provoca vasocostrizione coronarica indipendente dalla innervazione simpatica. Aumenta anche l’afflusso di calcio e rilascia endotelina, il più forte peptide vasocostrittore ancora identificato negli esseri umani. L’enzima di conversione dell’angiotensina inattiva la bradichinina, un vasodilatatore.

Endotelio vascolare

L’endotelio vascolare è l’ultima via comune che regola il tono vasomotorio. Esso modula l’attività contrattile della muscolatura liscia sottostante attraverso la sintesi e la secrezione di sostanze vasoattive in risposta al flusso sanguigno, agli ormoni circolanti e alle sostanze chimiche. I vasorelaxanti sono il fattore rilassante derivato dall’endotelio, l’ossido nitrico, la prostaciclina e la bradichinina. I vasocostrittori includono l’endotelina e il trombossano A2. La risposta netta dipende dall’equilibrio tra i due gruppi opposti.2

Equilibrio dell’ossigeno miocardico

La somministrazione di ossigeno è il prodotto della capacità di trasporto dell’ossigeno arterioso e del flusso sanguigno miocardico. L’indice di pressione diastolica-tempo (DPTI) è una misura utile dell’apporto di sangue coronarico ed è il prodotto della pressione di perfusione coronarica e del tempo diastolico. Analogamente, la domanda di ossigeno può essere rappresentata dall’indice di tempo di tensione (TTI), il prodotto della pressione sistolica e del tempo sistolico.

Il rapporto DPTI/TTI è il rapporto di vitalità endocardica (EVR) e rappresenta l’equilibrio miocardico di domanda e offerta di ossigeno. L’EVR è normalmente 1 o più. Un rapporto <0,7 è associato all’ischemia subendocardica.

Un tale valore può essere raggiunto in un paziente con i seguenti dati fisiologici:Si noti che il tempo sistolico è tipicamente fissato a 200 ms, con la diastole che occupa il tempo rimanente.

• Pressione sanguigna = 180/95 mm Hg

• frequenza cardiaca = 120 min-1

• LVEDP = 15 mm Hg

• DPTI = 80 mm Hg × (60 s/frequenza cardiaca – 0.2 s) = 24 s mm Hg

• TTI = 180 mm Hg × 0,2 s = 36 s mm Hg

• EVR = 0,67

Malattie che influenzano il flusso sanguigno coronarico

La circolazione coronarica funziona in uno stato di vasodilatazione attiva. Una produzione anormale di ossido nitrico endoteliale può avere un ruolo nel diabete, nell’aterosclerosi e nell’ipertensione.

Malattia coronarica

I depositi di lipidi, la proliferazione della muscolatura liscia e la disfunzione endoteliale riducono il diametro luminale. La stenosi critica si verifica quando il flusso sanguigno coronarico non è in grado di rispondere ad un aumento della domanda metabolica, di solito quando il diametro è ridotto del 50%. Il flusso a riposo viene influenzato se il diametro è ridotto dell’80%.

Con l’aumento della stenosi, le arteriole distali si dilatano al massimo per preservare il flusso fino al punto in cui il letto vascolare è massimamente dilatato. Un’ulteriore stenosi porta a un calo del flusso e il flusso diventa dipendente dalla pressione. Il flusso deviato in un letto parallelo dilatato prossimalmente a una stenosi è chiamato furto coronarico e può aggravare l’ischemia. Anche il flusso nei collateri è spesso dipendente dalla pressione.

Ipertensione

Il ventricolo sinistro va incontro a ipertrofia in risposta all’aumento del postcarico. La crescita miofibrillare supera la rete capillare, con conseguente diminuzione della densità capillare. La pressione intramiocardica aumentata abbassa il flusso sanguigno subendocardico. Il carico di pressione aumenta il lavoro miocardico e la richiesta di ossigeno. C’è anche un’alterata risposta vasomotoria all’ipossia nel tessuto ipertrofico che lo rende suscettibile all’ischemia.

Infarto

L’eiezione alterata provoca volumi diastolici più grandi, LVEDP aumentata e pressione di perfusione coronarica inferiore. La vasocostrizione sistemica mediata dal simpatico può aiutare a migliorare la perfusione miocardica, ma aumenta il carico di pressione e la richiesta di ossigeno.

Farmaci e flusso sanguigno coronarico

Farmaci antipiastrinici, anticoagulanti e farmaci per abbassare i lipidi

Questi agenti agiscono nel lume per prevenire un’ulteriore riduzione del diametro del vaso. Le statine inibiscono la HMG CoA reduttasi, un enzima coinvolto nella sintesi del colesterolo. I farmaci antiaggreganti impediscono l’aggregazione piastrinica, spesso il passo iniziale nella formazione di un trombo occlusivo. Gli agenti antitrombina agiscono in vari siti della cascata di coagulazione per inibire la formazione di trombina.

Nitrati

I nitrati producono vasodilatazione in tutti i letti vascolari, mediata dal rilascio di ossido nitrico. Alleviano il vasospasmo coronarico ma il loro beneficio principale è quello di ridurre il precarico, il postcarico e di aumentare la dilatazione coronarica massima. I benefici possono essere compensati dalla tachicardia riflessa. Il flusso sanguigno regionale è migliorato a causa della dilatazione dei collateri e di una LVEDP più bassa.

Bloccanti dei canali del calcio

Per quanto riguarda le non diidropiridine (verapamil e diltiazem), le diidropiridine (nifedipina) producono più vasodilatazione, meno inibizione dei nodi del seno e atrioventricolari, e meno inotropia negativa. L’apporto di ossigeno al miocardio migliora a causa della dilatazione coronarica e della LVEDP inferiore. La richiesta di ossigeno si riduce a causa della diminuzione della contrattilità e del carico di pressione.

Farmaci che agiscono sull’angiotensina

Gli inibitori dell’enzima di conversione dell’angiotensina riducono la conversione dell’angiotensina I in angiotensina II. Questi farmaci riducono la vasocostrizione mediata dall’angiotensina e migliorano la perfusione miocardica attraverso la vasodilatazione senza tachicardia riflessa. Nel tempo, regolano anche la formazione di tessuto fibroso dopo la lesione del tessuto.3 Farmaci come il losartan sono antagonisti del recettore dell’angiotensina e migliorano il rilascio di ossido nitrico endoteliale.

Apertoi canali del potassio

Nicorandil è un nuovo agente anti-anginoso. L’aumento dell’efflusso di potassio si traduce in una riduzione del calcio intracellulare e nel rilassamento muscolare. Dilata sia i segmenti normali che quelli stenotici delle arterie coronarie.

β-Bloccanti

I vasi sanguigni coronari contengono recettori β2. La cronotropia e l’inotropia dipendono dalla stimolazione β1. Recenti indagini in pazienti con malattia coronarica suggeriscono che i β-bloccanti non deprimono la gittata cardiaca così tanto come si pensava inizialmente. La riduzione della frequenza cardiaca prolunga il tempo di perfusione diastolica e inibisce gli aumenti della contrattilità miocardica indotti dallo stress. Nei pazienti che assumono β1-bloccanti cardioselettivi, la stimolazione sistemica β2 non contrastata riduce il postcarico, migliora la frazione di eiezione ed esercita un “effetto inotropo positivo”.4

Vasopressori e inotropi

Questi farmaci ripristinano la pressione di perfusione coronarica nei pazienti ipotesi e possono essere particolarmente utili in quei pazienti che si dirigono verso l’estremità inferiore del range di autoregolazione. Qualsiasi aumento della pressione diastolica aortica può essere compensato da un aumento della domanda di ossigeno del miocardio legata a un maggior carico di lavoro, contrattilità e frequenza cardiaca. Nel cuore in crisi, gli inotropi riducono anche la LVEDP.

Anaestesia ed equilibrio dell’ossigeno miocardico

Gli agenti anestetici alogenati attivano i canali del potassio sensibili all’ATP e abbassano il calcio intracellulare. Questo si traduce in inotropia negativa e mima l’effetto protettivo di episodi discreti di ischemia miocardica prima di un insulto ischemico sostenuto, il cosiddetto ‘precondizionamento ischemico’. Inoltre, la vasodilatazione coronarica e la riduzione del postcarico si traducono generalmente in un rapporto favorevole tra domanda e offerta di ossigeno al miocardio.

Isoflurano in particolare causa una vasodilatazione coronarica. Le arteriole (vasi di resistenza) sono dilatate più dei vasi epicardici (di conduzione). Teoricamente, il furto coronarico può verificarsi in un modello anatomico distinto della malattia coronarica, ma questo non è stato confermato nella pratica. L’isoflurano, tuttavia, può provocare un’ischemia in pazienti con coronaropatia se sono permesse tachicardia e ipotensione. Il sevoflurano e l’alotano non causano tachicardia o maldistribuzione della perfusione miocardica.5

Lo stress periperatorio provoca tachicardia simpateticamente mediata, ipertensione, aumento delle forze di taglio e aumento della domanda di ossigeno del miocardio. Il blocco neurassiale centrale ottunde questa risposta potenzialmente dannosa, ma qualsiasi caduta sostanziale della pressione sanguigna abbasserà la pressione di perfusione coronarica. L’analgesia epidurale toracica blocca anche l’efflusso simpatico al cuore. La stimolazione simpatica produce vasodilatazione coronarica in individui sani ma vasocostrizione in pazienti con malattia coronarica.6