Indagare sui cambiamenti della funzione cardiaca nella sepsi
Uno studio rivela la dinamica della funzione cardiaca durante la sepsi e il suo impatto sulla sopravvivenza.
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Indice
La Funzione cardiaca durante la Sepsi può essere confusa ed è stata oggetto di studio per molti anni. La sepsi è una condizione seria che si verifica quando la risposta del corpo a un'infezione causa un'infiammazione diffusa. Questa infiammazione può influenzare il modo in cui funziona il cuore. Tradizionalmente, si pensava che la sepsi causasse un aumento delle prestazioni cardiache, conosciuto come uno stato di "alta produzione". Tuttavia, molti pazienti in realtà sperimentano una diminuzione della produzione cardiaca, rendendo vitale capire cosa stia succedendo.
Contesto Storico
Negli anni '80, i ricercatori utilizzavano tecniche di imaging avanzate per studiare la funzione cardiaca in pazienti che presentavano shock settico. Hanno scoperto che la funzione cardiaca, misurata in termini di quanto bene il cuore pompa (nota come frazione di eiezione ventricolare sinistra, o LVEF), calava significativamente entro due giorni dall'insorgenza della sepsi. Col tempo, quelli che sopravvivevano mostravano un recupero della funzione cardiaca dopo circa una settimana. Le misurazioni effettuate in questo periodo rivelavano un aumento delle dimensioni delle camere cardiache, che tornavano normali man mano che la funzione cardiaca migliorava.
Osservazioni Chiave
Anche se questo modello di cambiamento della funzione cardiaca durante la sepsi è documentato in molti studi, le ragioni esatte di questi cambiamenti non sono ancora chiare. Sia negli esseri umani che nei modelli animali, i Sopravvissuti mostrano un temporaneo calo della funzione cardiaca e un aumento delle dimensioni delle camere cardiache, ma perché ciò avvenga e perché non succeda nei non sopravvissuti rimane senza risposta. Nonostante vari fattori scatenanti come i tipi di batteri o i livelli di infiammazione legati all'infezione, questi cambiamenti cardiaci sembrano essere coerenti.
Interessante, mentre avvenivano cambiamenti nelle dimensioni del cuore, segni di infiammazione o gravi danni, come cellule muscolari cardiache morte, non erano chiaramente visibili al microscopio. Invece, i tessuti mostravano accumulo di liquidi e gonfiore, suggerendo un tipo di lesione che colpisce i piccoli vasi sanguigni senza significative ostruzioni.
Lo Studio Attuale
Per indagare ulteriormente questi fenomeni, i ricercatori hanno condotto uno studio utilizzando cani specificamente allevati per la ricerca. Hanno indotto la sepsi esponendo gli animali a un tipo di batteri e monitorando la loro funzione cardiaca per diversi giorni. Hanno misurato vari parametri cardiaci, comprese le volume del cuore destro e sinistro, durante questo periodo.
I cani hanno ricevuto trattamento uguale, inclusi liquidi e farmaci, e hanno avuto monitoraggi avanzati per garantire che le pressioni cardiache fossero ottimali. Dopo due giorni di lesioni da sepsi, alcuni cani sono stati eutanasizzati per analisi dei tessuti. Altri sono stati valutati alla fine del periodo di studio.
Cambiamenti della Funzione Cardiaca
I risultati hanno rivelato che i cani con sepsi mostrano cali notevoli nelle prestazioni cardiache, in particolare nel lato destro del cuore. Anche le dimensioni delle camere cardiache sono aumentate, indicando che il fluido si stava accumulando, ma alcuni cuori non erano in grado di pompare in modo efficace. I cani di controllo non settici mostravano una funzione cardiaca stabile, indicando che i cambiamenti osservati erano specifici per la sepsi.
I sopravvissuti alla sepsi avevano aumenti maggiori nelle dimensioni delle camere cardiache rispetto a quelli che non sopravvivevano, suggerendo una possibile connessione tra la dilatazione cardiaca e la sopravvivenza. Tuttavia, entrambi i gruppi mostrano significativi cali nella capacità del cuore destro di pompare in modo efficace.
Condizioni di Carico
Lo studio mirava a vedere se le dimensioni delle camere cardiache potessero essere spiegate da quanto sangue le riempiva o dalle pressioni coinvolte. Curiosamente, le pressioni di riempimento del sangue non differivano significativamente tra sopravvissuti e non sopravvissuti. Questo indicava che altri fattori, piuttosto che solo i livelli di fluido o la pressione sanguigna, erano in gioco nel determinare i cambiamenti cardiaci durante la sepsi.
Entrambi i gruppi hanno sperimentato livelli simili di somministrazione di fluido, e le pressioni di riempimento sono rimaste ottimali per tutto lo studio. Tuttavia, le loro risposte erano piuttosto diverse, specialmente in termini di dimensioni delle camere cardiache.
Differenze tra Sopravvissuti e Non-Sopravvissuti
Concentrandosi sui sopravvissuti rispetto ai non sopravvissuti si sono rivelate differenze cruciali. I sopravvissuti hanno mostrato aumenti maggiori nelle dimensioni delle camere cardiache a 48 ore, mentre i non sopravvissuti non mostrano cambiamenti simili. Questa netta differenza potrebbe indicare un meccanismo protettivo in atto nei sopravvissuti, che consente ai loro cuori di adattarsi meglio durante le condizioni settiche.
Ulteriore analisi del tessuto cardiaco ha mostrato che, anche se la massa cardiaca diminuiva in entrambi i gruppi, i non sopravvissuti sperimentavano perdite di tessuto più significative, che sembravano correlarsi direttamente alla loro incapacità di sopravvivere. Questi risultati suggeriscono che mantenere la massa cardiaca potrebbe essere importante per migliori esiti durante la sepsi.
Edema e Sottilezza delle Pareti
Una scoperta importante è stata l'aumento dell'accumulo di liquido all'interno delle pareti cardiache dei cani settici. Questo edema sembrava coincidere con una perdita di massa della parete cardiaca – la distanza tra le pareti interna ed esterna del cuore diventava più piccola, indicando un assottigliamento del muscolo cardiaco. Al contrario, i cani non settici non dimostravano questi cambiamenti.
L'aumento dell'edema della parete senza danni significativi alle cellule cardiache suggerisce una risposta unica alla sepsi. Il gonfiore non era il risultato di una somministrazione eccessiva di liquidi. I livelli di troponina, che indicano danno cardiaco, non sono aumentati in modo significativo, rinforzando l'idea che le cellule muscolari cardiache fossero per lo più preservate.
Conclusione
Lo studio contribuisce a preziose intuizioni su come il cuore reagisce durante la sepsi. Il calo iniziale della dimensione delle camere cardiache seguito da una successiva dilatazione è un modello importante, con l'edema che gioca un ruolo vitale nel modificare la funzione cardiaca. I cambiamenti osservati nella massa e nel volume delle pareti potrebbero segnificare un processo riparativo tra i sopravvissuti, che potrebbe non verificarsi nei non sopravvissuti.
I risultati suggeriscono che piuttosto che essere un semplice sottoprodotto del danno cardiaco, questi cambiamenti di fluido e adattamenti potrebbero offrire un meccanismo protettivo. La presenza di edema potrebbe essere una parte significativa della risposta cardiaca alla sepsi e potrebbe fornire indizi per migliorare i trattamenti per i pazienti colpiti da questa condizione.
In sostanza, questi risultati sottolineano la complessità della funzione cardiaca durante la sepsi e evidenziano la necessità di ulteriori ricerche per comprendere meglio queste dinamiche. È cruciale continuare a esplorare questi cambiamenti, poiché potrebbero portare a migliori strategie di gestione e recupero per le persone che soffrono di sepsi.
Titolo: Cardiac Magnetic Resonance Studies in a Large Animal Model that Simulates the Cardiac Abnormalities of Human Septic Shock
Estratto: BackgroundSeptic shock, in humans and in our well-established animal model, is associated with increases in biventricular end diastolic volume (EDV) and decreases in ejection fraction (EF). These abnormalities occur over 2 days and reverse within 10 days. Septic non-survivors do not develop an increase in EDV. The mechanism for this cardiac dysfunction and EDV differences is unknown. MethodsPurpose-bred beagles randomized to receive intrabronchial Staphylococcus aureus (n=27) or saline (n=6) were provided standard ICU care including sedation, mechanical ventilation, and fluid resuscitation to a pulmonary arterial occlusion pressure of over 10mmHg. No catecholamines were administered. Over 96h, cardiac magnetic resonance imaging, echocardiograms, and invasive hemodynamics were serially performed, and laboratory data was collected. Tissue was obtained at 66h from six septic animals. ResultsFrom 0-96h after bacterial challenge, septic animals vs. controls had significantly increased left ventricular wall edema (6%) and wall thinning with loss of mass (15%) which was more pronounced at 48h in non-survivors than survivors. On histology, edema was located predominantly in myocytes, the interstitium, and endothelial cells. Edema was associated with significantly worse biventricular function (lower EFs), ventricular-arterial coupling, and circumferential strain. In septic animals, from 0-24h, the EDV decreased from baseline and, despite cardiac filling pressures being similar, decreased significantly more in non-survivors. From 24-48h, all septic animals had increases in biventricular chamber sizes. Survivors biventricular EDVs were significantly greater than baseline and in non-survivors, where biventricular EDVs were not different from baseline. Preload, afterload, or HR differences did not explain these differential serial changes in chamber size. ConclusionSystolic and diastolic cardiac dysfunction during sepsis is associated with ventricular wall edema. Rather than differences in preload, afterload, or heart rate, structural alterations to the ventricular wall best account for the volume changes associated with outcome during sepsis. In non-survivors, from 0-24h, sepsis induces a more severe diastolic dysfunction, further decreasing chamber size. The loss of left ventricular mass with wall thinning in septic survivors may, in part explain, the EDV increases from 24-48h. However, these changes continued and even accelerated into the recovery phase consistent with a reparative process rather than ongoing injury. Clinical PerspectiveO_ST_ABSWhat is new?C_ST_ABSO_LIUtilizing multimodal imaging and hemodynamics, we demonstrate the cardiac changes of sepsis have injury and reparative phases. C_LIO_LIThe injury phase (0-24h) has EDV decreases more profound in non-survivors and is associated with worse ventricular compliance, myocardial edema, and diastolic dysfunction. C_LIO_LIThe recovery phase has left ventricular mass loss with wall thinning in survivors that explains the EDV increases (24-96h). These progressed into the EF recovery phase consistent with a reparative process removing damaged tissue. C_LIO_LIThis is the first controlled CMR sepsis study supporting ventricular wall edema is a fundamental aspect of sepsis pathophysiology and dry mass loss a reparative mechanism. C_LI What are the clinical implications?O_LIDespite optimizing filling pressures, the cardiac changes in ventricular wall structure and function associated with survival and non-survival in sepsis still occurred, thereby discounting fluid resuscitation as the major factor of therapeutic importance for cardiac function and survival. C_LIO_LIThe changes reported here have potential implications for sepsis treatment especially in the field of fluid resuscitation. These findings yield new understanding into the pathophysiology of sepsis cardiac dysfunction and allow for novel phenotyping and prognosticating of the syndrome with ventricular compliance and EDVs. This also offers potentially high yielding targets for research for new therapeutic approaches for sepsis and heart failure. C_LI
Autori: Charles Natanson, V. J. Ford, W. N. Applefeld, J. Wang, J. Sun, S. B. Solomon, S. Sidenko, J. Feng, C. Sheffield, H. G. Klein, Z.-X. Yu, P. TORABI-PARIZI, R. L. Danner, V. Sachdev, M. A. Solomon, M. Y. Chen
Ultimo aggiornamento: 2024-02-08 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.05.578971
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.05.578971.full.pdf
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