KATSAUS. Systolinen ja diastolinen toiminta sekä toimintahäiriö. Markku Ikäheimo

Transkriptio

1 KATSAUS Systolinen ja diastolinen toiminta sekä Markku Ikäheimo Sydämen vajaatoiminta voi johtua kammioiden systolisesta tai diastolisesta stä tai näistä molemmista. Tavallisimmin syynä on vasemman kammion pumppausvajaus. Systolisen n aiheuttaa supistuvien sydänlihassolujen määrän väheneminen tai poikkeava toiminta, kuten iskeemisessä sydäntaudissa tai laajentavassa kardiomyopatiassa. Kammiotäyttöpaineen noustessa supistuvuus ei lisäänny normaalilla tavalla ja jälkikuormituksen kasvaessa supistuvuus huononee herkästi. Diastolisen n syynä voi olla hidastunut kammiolihasrelaksaatio, kammion passiivinen jäykistyminen tai molemmat. Tavallisimmin relaksaatiohäiriö johtuu sydänlihasiskemiasta, joka huonontaa kalsiumin takaisinottoa sarkoplasmaan ja sepelvaltimoiden verenvirtausta. Kammiolihaksen paksuuntuminen ja arpeutuminen jäykistää kammiota estäen kammion täyttymistä diastolen loppupuolella. Iän myötä nimenomaan diastolisen n mahdollisuus lisääntyy. Sydän on verenkiertoa ylläpitävä lihaspumppu, joka pystyy lisäämään ja vähentämään veren virtausta kudosten tarpeiden mukaisesti. Sydämen minuutissa pumppaama verimäärä eli minuuttitilavuus (cardiac output) on sykkeen ja iskutilavuuden tulo. Iskutilavuus on vasemman kammion diastolisen ja systolisen tilavuuden erotus ja ejektiofraktio on iskutilavuuden suhde diastoliseen tilavuuteen. Ejektiofraktio on normaalisti yli 50 % ja ilmaisee siis, kuinka suuri osa kammion diastolessa sisältämästä verimäärästä poistuu systolen aikana. Sitä käytetään kuvaamaan kammion supistumiskykyä, vaikka siihen vaikuttavat kammion supistumisvireyden lisäksi syketaajuus, esikuormitus (preload) ja jälkikuormitus (afterload). Esikuormitusta säätelee kammioon diastolessa virtaava verimäärä ja eteisen verenpaine kammiotäytön aikana. Jälkikuorman aiheuttaa kammiosystolen aiheuttaman pulssiaallon aortassa ja suurissa verisuonissa kohtaama vastus, ja sitä kuvastaa systolinen verenpaine. Jos kammiolihaksen supistuvuus huononee ja ejektiofraktio siten pienenee, kyseessä on kammion systolinen. Merkittävän systolisen n raja-arvona pidetään 40 %:n ejektiofraktiota (Gaasch 1994). Tämä ei välttämättä merkitse iskutilavuuden pienentymistä ja siitä johtuvaa vajaatoimintaa, sillä kammion diastolinen tilavuus usein vastaavasti suurenee. Jos minuuttitilavuuden laskuun ja siitä aiheutuvaan kammion täyttöpaineen nousuun liittyy sydämen vajaatoiminnalle tyypillisiä oireita ja löydöksiä, kyseessä on sydämen systolinen vajaatoiminta (kuva 1). Mikäli kammiolihas jäykistyy tai sen relaksaatio huononee, kammion diastolinen täyttöpaine nousee, jolloin puhutaan diastolisesta stä. Tällöin kammion systolinen toiminta on normaalia, mutta kammio vaatii normaalia suuremman paineen täyttyäkseen (kuva 1). Mikäli täyttöpaineen nousu johtaa keuhkokapillaaripaineen nousuun ja siitä johtuvaan hengenahdistukseen ja jopa keuhkopöhöön, kyseessä on diastolinen vajaatoiminta. Usein sydämen vajaatoiminnan syynä on sekä systolinen että diastolinen kammiotoiminnan häiriö (Grossman 1991). Duodecim 113: ,

2 SYSTOLINEN VAJAATOIMINTA Paine vasemmassa kammiossa DIASTOLINEN VAJAATOIMINTA Paine vasemmassa kammiossa 1 2 Vajaatoiminta Vasemman kammion tilavuus 1) kammioseinämän venytys diastolessa normaali 2) kammioseinämän venytys diastolessa heikentynyt Vasemman kammion tilavuus K u v a 1. Kammion paine-tilavuuskäyrät systolisesta ja diastolisesta stä johtuvassa vajaatoiminnassa. Kammion normaali supistuminen Kammiosupistus käynnistyy lihassoludepolarisaation avatessa natriumkanavat, jolloin natriumioneja virtaa solun sisään ja solukalvon jännite-ero häviää. Tämä käynnistää kalsiumionien virtauksen solukalvon läpi solun sisään, jolloin kalsiumioneja tulvahtaa sarkoplasmasta solunesteeseen (kuva 2). Kalsiumionit kiinnittyvät troponiini C:hen synnyttäen aktiini-myosiinin poikkisidokset, jolloin sydänlihassolu supistuu. Solunsisäisen kalsiumin määrä systolessa säätelee sydänlihassolun supistuvuutta, ja sitä lisäävät mm. syketaajuus, alkusystolinen jälkikuormitus ja sympaattinen stimulaatio syklisen AMP:n välityksellä (Bonow ja Udelson 1992). kammiolihas supistuu tehokkaammin, jos se venyttyy diastolessa enemmän eli jos täyttöpaine (esikuormitus) kasvaa (Frank Starlingin laki) (kuva 3 A) (Goldsmith ja Dick 1993). Systolinen Systolisen n (taulukko 1) aiheuttaa toimivien sydänlihassolujen määrän väheneminen tai niiden poikkeava toiminta. Lihassoluja voi tuhoutua sydänlihasvaurion (esim. sydäninfarkti) tai apoptoosin (esim. laajentava kardiomyopatia) seurauksena, jolloin solut korvautuvat sidekudoksella. Infarktiarven parantuessa normaali kammiolihas hypertrofioituu, mutta arpeen kohdistuva kuormitus voi venyttää arpea ja jopa sitä ympäröivää normaalia kammioseinämää. Venytys aiheuttaa lihassolujen liukumista toisiinsa nähden, jolloin kammio suurenee, seinämä ohenee ja kammion systolinen toiminta huononee (»remodeling» eli kammion uudelleen muotoutuminen). Iskemia huonontaa sydänlihaksen supistumiskykyä, koska se johtaa asidoosiin solujen sisällä, jolloin vetyionit kilpailevat kalsiumionien reseptoreista. Samalla runsasenergiaisten fosfaattien saanti huononee (Grossman 1991). Kroonisen iskemian aiheuttamaa jatkuvaa systolista tä kutsutaan hibernaatioksi, ja jos iskemia korjataan jollakin reperfuusiotoimenpiteellä, sydänlihaksen taipuminen voi viedä aikaa (»stunning») (Kupari, tässä numerossa). Systolisessa ssä Frank Starlingin mekanismi ei toimi normaalisti: täyttöpaineen kohotessa supistuvuus lisääntyy huonommin tai ei ollenkaan (kuvat 1 ja 3 A). Supistumiskyky heikkenee myös herkästi jälkikuormituksen vähänkään kasvaessa; terveessä sydämessä jälkikuormituksen merkitys on melko vähäinen (Goldsmith ja Dick 1993). Koska seinämäjännitys kasvaa loppusystolisen tilavuuden ja paineen kasvaessa (LaPlacen laki), terveet sydänlihassolut hypertrofioituvat ja sidekudos lisääntyy. Niinpä 900 M. Ikäheimo

3 :n sisäänvirtaus ATP :n sekvestraatio β camp Troponiini C Troponiini I Aktivaatio Inaktivaatio Na 2+ :n vapautuminen ATPaasi Fosfolambaani Solukalvo Sarkoplasmakalvosto K u v a 2. Systolen alussa kalsiumioneja siirtyy solun sisään solukalvon läpi, ja tämä laukaisee kalsiumin runsaan vapautumisen sarkoplasmasta. Kalsium kiinnittyy troponiini C:hen ja lihassupistus käynnistyy. Relaksaatiossa kalsium irtoaa ja siirtyy takaisin sarkoplasmaan ATPaasin avulla, jonka toimintaa säätelee fosfolambaani. Syklinen AMP säätelee sekä kalsiumin vapautumista että sen takaisinottoa (Bonow ja Udelson 1992). β = beetareseptori, camp = syklinen AMP systolista tä pahentavat itse sydänsairauden ohella myös kammion uudelleen muotoutuminen, esi- ja jälkikuorman muutokset sekä mahdollisesti erilaiset sydänlihaksen energiatilaan vaikuttavat biokemialliset muutokset (taulukko 1). diastolinen toiminta Kammiodiastole alkaa aktiivisella relaksaatiolla ja päättyy kammion passiiviseen laajenemiseen täyttöpaineen ja eteissupistuksen vaikutuksesta (taulukko 2). Kammion relaksoituminen alkaa jo ennen aorttaläpän sulkeutumista ja päättyy normaalisti ennen diastolen puoliväliä ns. nopean täyttövaiheen jälkeen aiheuttaen vasempaan kammioon aktiivisen imuvaikutuksen (Bonow ja Udelson 1992). Relaksaatio on energiaa vaativa tapahtuma, jossa kalsiumionit siirtyvät kalsium- T a u l u k k o 1. Sydämen systolisen n ja vajaatoiminnan syitä. Sydänlihasvaurio sepelvaltimotauti laajentava kardiomyopatia tulehdukset metaboliset sairaudet neuromuskulaariset sairaudet toksiset aineet solunsalpaajat radioaktiivinen säteily Paineylikuormitus verenpainetauti aorttastenoosi aortan koarktaatio Tilavuuskuormitus läppävuodot oikovirtaukset Rytmihäiriöt Systolinen ja diastolinen toiminta sekä 901

4 A Iskutilavuus B Iskutilavuus Kammion Kammion Vaikea kammion Esikuormitus Jälkikuormitus K u v a 3 A). sti esikuormituksen suuretessa iskutilavuus kasvaa, mutta kammion systolisessa ssä iskutilavuus suurenee paljon vähemmän tai ei ollenkaan. B) sti jälkikuormituksen kasvu ei juuri vaikuta iskutilavuuteen, mutta kammiotoiminnan häiriössä iskutilavuus pienenee. ATPaasin avulla takaisin sarkoplasmaan ja aktiinimyosiinisidokset purkautuvat (kuva 2). Tämän tapahtuman nopeus riippuu kalsiumin affiniteetista troponiini C:hen ja vapaan kalsiumin määrästä sytoplasmassa. Kalsium-ATPaasia estää fosfolambaani-niminen proteiini ja aktivoi syklinen AMP fosforyloimalla fosfolambaania (Litwin ja Grossman 1993). Sympaattinen stimulaatio ei siis ainoastaan lisää supistuvuutta lisäämällä kalsiumin vapautumista systolen alussa vaan myös parantaa relaksaatiota jouduttamalla kalsiumin takaisinottoa syklisen AMP:n avulla. Näin kammio pystyy rasituksessa supistumaan ja täyttymään tehokkaasti nopeasta sykkeestä huolimatta ilman täyttöpaineen nousua (Bonow ja Udelson 1992). Hormoneista katekoliamiinit ja kilpirauhashormonit parantavat ja angiotensiini II huonontaa relaksaatiota (Lenihan ym. 1995). Diastolinen Diastolinen (taulukko 3) johtuu relaksaatiohäiriöstä, kammion passiivisesta jäykistymisestä tai molemmista. Tavallisin relaksaatiohäiriön syy on sydänlihasiskemia. Äkillinen sepelvaltimotukos (supply ischemia) aiheuttaa nopeasti systolisen supistumishäiriön sydänlihakseen kertyvien metaboliittien ja asidoosin vaiku- tuksesta, kun taas esimerkiksi rasituksen aiheuttama hapen saannin ja sen tarpeen välinen epäsuhta (demand ischemia) johtaa relaksaatiohäiriöön hidastamalla kalsiumin takaisinottoa (Grossman 1991, Wheeldon ym. 1994). Mikäli kalsiumia vapautuu systolen alussa tavallista enemmän (esim. jälkikuorman kasvaessa tai sykkeen nopeutuessa), relaksaatio huononee edelleen. Relaksaation hidastuessa sydänlihas pysyy supistuneena kauemmin supistaen lihaksen sisäisiä sepelvaltimoita. Samalla kohonnut kammionsisäinen diastolinen paine painaa subendokardiaalialuetta, jolloin sepelvaltimovirtaus huononee T a u l u k k o 2. Diastolen vaiheet. Vaihe 1. Isovolyyminen relaksaatio: lihaksen»rentoutuminen» aorttaläpän sulkeuduttua, hiippaläppä on vielä kiinni, eikä verta vielä virtaa eteisestä kammioon. Vaihe 2. Nopean täyttymisen vaihe: varsinaisen diastolen alkuosa, jolloin verta virtaa nopeasti eteisestä kammioon lihaksen aktiivisen»imutyön» vaikutuksesta. Vaihe 3. Hitaan täyttymisen vaihe: diastolen keskiosa, jolloin eteisen ja kammion paineet tasaantuvat, verta virtaa kammioon hitaasti. Vaihe 4. Eteissystolesta aiheutuva»boosteri»: lyhytkestoinen nopea virtaus eteisestä kammioon, jonka aikana kammio venyttyy passiivisesti täyteen mittaansa. 902 M. Ikäheimo

5 sepelvaltimovirtauksestahan % tapahtuu diastolen aikana (Wheeldon ym. 1994). Myös epäsymmetrisesti tapahtuva kammiorelaksaatio haittaa kammion laajenemista (Brutsaert ym. 1993). Kammiotoiminnan häiriössä syklisen AMP:n pitoisuus sydänlihassolussa vähenee. Tämä johtuu ainakin osittain beeta 1 -reseptoritiheyden vähentymisestä, joka huonontaa sekä systolista supistuvuutta että diastolista relaksaatiota (Schwartz ja Mercadier 1996). Relaksaation lisäksi kammion laajenemiseen vaikuttaa kammioseinämän elastisuus. Mitä pienemmäksi kammio supistuu systolessa, sitä nopeammin ja täydellisemmin kammio laajenee diastolen alussa myös kimmoisuutensa ansiosta. Kammion täyttö loppudiastolessa riippuu eteispaineesta, eteissupistuksesta ja kammioseinämän jäykkyydestä. Mitä paksumpi kammioseinämä on kammio-onteloon verrattuna ja mitä enemmän sidekudosta seinämässä on, sitä huonommin kammio laajenee (Litwin ja Grossman 1993). Kammiolihashypertrofia, jonka syynä on tavallisimmin kohonnut verenpaine, huonontaa diastolista täyttöä usealla eri mekanismilla. Lisääntynyt sydänlihasmassa ja kroonisesti kohonnut painekuormitus aiheuttavat subendokardiaalista iskemiaa, ja tästä johtuva hidastunut relaksaatio lyhentää koronaarivirtaukselle jäävää aikaa diastolen lopulla. Sydänlihaksen kollageenipitoisuus lisääntyy, natrium-kalsiumvaihtopumpun toiminta huononee, sydänlihaksen angiotensiinikonvertaasin aktiivisuus lisääntyy ja endoteliinin synteesi T a u l u k k o 3. Sydämen diastolisen n tärkeimmät syyt. Sydänlihasiskemia Sydänlihasfibroosi Sydänlihashypertrofia Restriktiivinen kardiomyopatia Perikardiaalinen konstriktio lisääntyy. Harvinaisempia kammiotäyttöä huonontavia sairauksia ovat sydänlihasta infiltroivat sairaudet, kuten amyloidoosi, ja perikardiumin sairaudet, kuten perikardiaalieffuusio tai kurova perikardiitti (Little ja Downess 1990). Korkea ikä ja kammiotoiminta Ihmisen vanhetessa diastolinen kammiotoiminta huononee systolisen toiminnan säilyessä melko normaalina. Sydänlihaksen kollageenipitoisuus kasvaa ja kalsiumin takaisinotto huononee, jolloin kammiolihas jäykistyy ja relaksaatio hidastuu. Tällöin sydän on herkempi kohonneen verenpaineen ja iskemian haittavaikutuksille. Suurten verisuonten jäykistyminen lisää jälkikuormaa ja alttiutta systoliselle lle. Myös diastolista tä aiheuttavat sairaudet hypertensio ja diabetes ovat vanhuksilla tavallisempia (Bonow ja Udelson 1992). Kirjallisuutta Bonow R O, Udelson J E: Left ventricular diastolic function as a cause of congestive heart failure. Ann Intern Med 117: , 1992 Brutsaert D L, Sys S U, Gillebert T G: Diastolic failure: pathophysiology and therapeutic implications. J Am Coll Cardiol 22: , 1993 Gaasch W H: Diagnosis and treatment of heart failure based on left ventricular systolic or diastolic dysfunction. JAMA 271: , 1994 Goldsmith S R, Dick C: Differentiating systolic from diastolic heart failure: pathophysiologic and therapeutic considerations. Am J Med 95: , 1993 Grossman W: Diastolic dysfunction in congestive heart failure. N Engl J Med 325: , 1991 Lenihan D J, Gerson M C, Hoit B D, Walsh R A: Mechanisms, diagnosis, and treatment of diastolic heart failure. Am Heart J 130: , 1995 Little W C, Downes T R: Clinical evaluation of left ventricular diastolic performance. Prog Cardiovasc Dis 32: , 1990 Litwin S E, Grossman W: Diastolic dysfunction as a cause of heart failure. JACC 22: 49A 55A, 1993 Schwartz K, Mercadier J J: Molecular and cellular biology of heart failure. Curr Opin Cardiol 11: , 1996 Wheeldon N M, Clarkson P, MacDonald T M: Diastolic heart failure. Eur Heart J 15: , 1994 MARKKU IKÄHEIMO, dosentti, osastonylilääkäri OYS:n sisätautien klinikka, kardiologian osasto Oulu Systolinen ja diastolinen toiminta sekä 903