Zawał serca
Patofizjologia i mechanizm
Zawał serca (infarctus myocardii) jest wynikiem nieodwracalnej martwicy kardiomiocytów spowodowanej przedłużającym się niedokrwieniem mięśnia sercowego, najczęściej w przebiegu choroby wieńcowej. Patomechanizm obejmuje zaburzenie równowagi między zapotrzebowaniem na tlen a jego dostawą, prowadzące do hipoksji, dysfunkcji metabolicznej, skurczowej i rozkurczowej mięśnia sercowego oraz martwicy rozpływnej. W około 90% przypadków zawał jest konsekwencją pęknięcia lub erozji niestabilnej blaszki miażdżycowej, co inicjuje aktywację płytek i kaskadę krzepnięcia, skutkującą zakrzepicą i zamknięciem tętnicy wieńcowej. Typowe biomarkery to podwyższone troponiny I/T oraz CK-MB. Wyróżnia się zawały STEMI (z uniesieniem odcinka ST) i NSTEMI (bez uniesienia ST), a także MINOCA, gdzie nie stwierdza się istotnej choroby wieńcowej. Dysfunkcja mikrokrążenia wieńcowego (średnica 50-200 μm) oraz uszkodzenie reperfuzyjne stanowią dodatkowe mechanizmy patogenetyczne, wpływające na przebieg i rokowanie.
- Zawał serca – Patofizjologia i mechanizm
- Mechanizm niedokrwienia i uszkodzenia mięśnia sercowego
- Patofizjologia miażdżycy jako głównej przyczyny zawału
- Mechanizm pęknięcia blaszki i tworzenia zakrzepu
- Kaskada niedokrwienna i zapalna w zawale serca
- Typy zawału serca i różnice patofizjologiczne
- Inne mechanizmy zawału serca
- Dysfunkcja mikrokrążenia wieńcowego
- Patofizjologia zespołu reperfuzyjnego
- Konsekwencje zawału dla funkcji serca
- Mechanizmy genetyczne i molekularne
- Podsumowanie mechanizmów patofizjologicznych
Zawał serca – Patofizjologia i mechanizm
Zawał serca (łac. infarctus myocardii, ang. myocardial infarction) to stan, w którym dochodzi do martwicy (nieodwracalnej śmierci) komórek mięśnia sercowego z powodu przedłużającego się niedokrwienia spowodowanego brakiem lub znacznym zmniejszeniem dopływu krwi do określonego obszaru mięśnia sercowego.12 Najczęstszą przyczyną zawału serca jest choroba wieńcowa, która stanowi wiodącą przyczynę zgonów w wielu krajach.1
Mechanizm niedokrwienia i uszkodzenia mięśnia sercowego
Podstawowym mechanizmem zawału serca jest zaburzenie równowagi między zapotrzebowaniem mięśnia sercowego na tlen a jego dostawą.23 Gdy przepływ krwi przez tętnice wieńcowe zostaje zmniejszony lub całkowicie zablokowany, dopływ tlenu do mięśnia sercowego zostaje ograniczony, co prowadzi do niedokrwienia (ischemia).45 Jeśli niedokrwienie utrzymuje się przez dłuższy czas (zwykle ponad 20-40 minut), dochodzi do nieodwracalnego uszkodzenia i śmierci komórek mięśnia sercowego.16
Proces uszkodzenia mięśnia sercowego w przebiegu zawału obejmuje kilka następujących po sobie etapów:78
- Niedotlenienie (hipoksja) – brak tlenu prowadzi do szybkiego przejścia z metabolizmu tlenowego na beztlenowy
- Zaburzenia metaboliczne – upośledzenie glikolizy i produkcji ATP
- Dysfunkcja skurczowa – utrata synchronicznego skurczu kardiomiocytów, prowadząca do upośledzenia rzutu serca
- Dysfunkcja rozkurczowa – zmniejszona podatność komór i podwyższone ciśnienie napełniania
- Rozluźnienie sarkolemmy (błony komórkowej kardiomiocytów) i rozluźnienie miofibrylli – jedne z pierwszych ultrastrukturalnych zmian w procesie zawału
- Zmiany mitochondrialne – zaburzenia funkcji mitochondriów
- Martwica rozpływna (liquefactive necrosis) tkanki mięśnia sercowego
Martwica w zawale serca zwykle rozprzestrzenia się od warstwy podwsierdziowej do warstwy podnasierdziowej.8 Ilość uszkodzonej tkanki mięśnia sercowego zależy od kilku czynników: rozmiaru obszaru zaopatrywanego przez zablokowane naczynie, czasu trwania i stopnia niedokrwienia, zapotrzebowania tlenowego dotkniętego obszaru oraz obecności krążenia obocznego.7
Patofizjologia miażdżycy jako głównej przyczyny zawału
W około 90% przypadków zawał serca jest spowodowany ostrą zakrzepicą zamykającą tętnicę wieńcową zmienioną miażdżycowo.2 Proces miażdżycy (atherosclerosis) polega na stopniowym gromadzeniu się złogów cholesterolu i innych substancji tłuszczowych wewnątrz ściany tętnicy wieńcowej, prowadząc do tworzenia blaszek miażdżycowych.910
Rozwój miażdżycy obejmuje następujące etapy:1112
- Dysfunkcja śródbłonka naczyniowego – poprzedza tworzenie się zmian i nasila się wraz z progresją choroby wieńcowej
- Uszkodzenie śródbłonka – w odpowiedzi na utlenione LDL, podwyższony poziom glukozy we krwi, nadciśnienie i zwiększoną ilość wolnych rodników
- Stan zapalny – miażdżyca powoduje wewnętrzny stan zapalny, zwłóknienie, martwicę i zwapnienie
- Tworzenie blaszki miażdżycowej – zawierającej złogi cholesterolu, komórki zapalne i włóknistą tkankę
Blaszki miażdżycowe mogą być stabilne (z grubą czapeczką włóknistą) lub niestabilne/wrażliwe (z cienką czapeczką i dużą zawartością lipidów i komórek zapalnych).13 Co istotne, większość blaszek, które pękają i powodują zawał, niekoniecznie są tymi najbardziej zwężającymi światło naczynia, ale raczej posiadają cechy czyniące je bardziej podatnymi na pęknięcie.14
Mechanizm pęknięcia blaszki i tworzenia zakrzepu
Kluczowym zjawiskiem w patogenezie zawału serca jest pęknięcie lub erozja blaszki miażdżycowej.1513 Gdy niestabilna blaszka miażdżycowa pęka, dochodzi do ekspozycji jej silnie trombogennej zawartości na kontakt z krwią, co prowadzi do aktywacji płytek krwi i kaskady krzepnięcia.1116
Proces ten przebiega następująco:717
- Pęknięcie lub erozja blaszki miażdżycowej – prawdopodobnie związane z morfologią blaszki, zawartością wapnia i rozmiękczeniem w wyniku procesu zapalnego
- Ekspozycja kolagenu i innych materiałów trombogennych
- Aktywacja płytek krwi i kaskady krzepnięcia
- Tworzenie zakrzepu, który całkowicie lub częściowo zamyka światło tętnicy wieńcowej
- Przerwanie przepływu krwi do mięśnia sercowego
Pęknięcie blaszki prowadzi do ekspozycji krwi na martwicze jądro bogate w erytrocyty i materiał silnie trombogenny, co prowadzi do powstania zakrzepu. Stanowi to najczęstszą przyczynę wystąpienia zakrzepicy.11 W wyniku tego procesu dochodzi do całkowitego lub częściowego zamknięcia tętnicy wieńcowej, co skutkuje niedokrwieniem i ostatecznie zawałem mięśnia sercowego.18
Kaskada niedokrwienna i zapalna w zawale serca
Niedokrwienie mięśnia sercowego uruchamia sekwencję zdarzeń nazywaną kaskadą niedokrwienną.15 W ciągu pierwszych 6 godzin od początku niedokrwienia większość utraty komórek mięśnia sercowego zachodzi poprzez apoptozę (zaprogramowaną śmierć komórki). Po tym czasie dominuje nekroza.19
Zawał mięśnia sercowego wywołuje również znaczącą lokalną odpowiedź zapalną, która początkowo obejmuje mięsień sercowy, a następnie rozprzestrzenia się systemowo poprzez krwiobieg.20 Uszkodzone komórki śródbłonka eksponują cząsteczki adhezyjne, które przyciągają neutrofile, które następnie migrują do uszkodzonego mięśnia sercowego.19
W mięśniu sercowym podczas zawału dochodzi do zwiększonej ekspresji wielu cytokin zapalnych, takich jak czynnik martwicy nowotworów alfa (TNFα) oraz różne chemokiny, które w zdrowych sercach występują w niewielkich ilościach.20 Podniesiony poziom białek ostrej fazy, takich jak CRP, oraz zwiększona liczba krwinek białych (szczególnie neutrofili) są powszechne podczas ostrych zespołów wieńcowych.20
Typy zawału serca i różnice patofizjologiczne
Z punktu widzenia patofizjologicznego i klinicznego wyróżnia się kilka typów zawału serca:2122
- Zawał STEMI (zawał z uniesieniem odcinka ST, zawał pełnościenny) – charakteryzuje się ostrym uniesieniem odcinka ST w EKG, które nie ustępuje po nitroglicerynie. Zwykle wskazuje na całkowitą blokadę zajętej tętnicy wieńcowej i aktualnie postępujące obumieranie mięśnia sercowego.
- Zawał NSTEMI (zawał bez uniesienia odcinka ST, zawał podwsierdziowy) – charakteryzuje się martwicą mięśnia sercowego (potwierdzoną przez podwyższone biomarkery sercowe: troponinę I lub T oraz CK-MB) bez uniesienia odcinka ST.
- MINOCA (zawał serca bez istotnej choroby wieńcowej) – występuje u około 5-6% pacjentów z ostrym zawałem, którzy przechodzą koronarografię. Pacjenci ci mają martwicę mięśnia sercowego bez istotnej miażdżycy tętnic wieńcowych.
Według etiologii i okoliczności zawał serca można sklasyfikować na 5 typów, z których najważniejszy to typ 1 – spontaniczny zawał spowodowany niedokrwieniem w wyniku pierwotnego zdarzenia wieńcowego (np. pęknięcia blaszki, erozji lub rozwarstwienia tętnicy wieńcowej).21
Inne mechanizmy zawału serca
Chociaż miażdżyca i zakrzepica są najczęstszymi przyczynami zawału serca, istnieją również inne mechanizmy:239
- Skurcz tętnicy wieńcowej – przejściowe, ogniskowe zwiększenie napięcia naczyniowego, znacznie zwężające światło naczynia i zmniejszające przepływ krwi. Może wywołać niedokrwienie (dławica naczynioskurczowa) i potencjalnie zawał.2417
- Rozwarstwienie tętnicy wieńcowej – rzadkie, nietraumatyczne rozdarcie błony wewnętrznej tętnicy wieńcowej z wytworzeniem fałszywego światła. Krew przepływająca przez fałszywe światło rozszerza je, co ogranicza przepływ krwi przez prawdziwe światło.17
- Zator tętnicy wieńcowej – stanowiący około 2,9% przypadków zawału.16
- Niedokrwienie wywołane kokainą – powodujące skurcz naczyń.16
W rzadkich przypadkach zawał serca może wystąpić bez pęknięcia blaszki miażdżycowej, ale stanowi to tylko około 5% wszystkich zawałów.25
Dysfunkcja mikrokrążenia wieńcowego
W ostatnich latach zwraca się większą uwagę na rolę dysfunkcji mikrokrążenia wieńcowego w patofizjologii choroby niedokrwiennej serca i zawału.26 W drzewie wieńcowym tętniczki o średnicy 50-200 μm stanowią mikrokrążenie, które odpowiada za około 60% oporu wieńcowego.26
Dysfunkcja mikrokrążenia wieńcowego (CMD) stanowi istotny mechanizm patogenetyczny zawału typu II. CMD powoduje wzrost oporu przepływu, prowadząc do niedokrwienia mięśnia sercowego w odpowiedzi na zmniejszone ciśnienie perfuzji.26 Rezerwa przepływu wieńcowego (CFR) to stosunek między przepływem wieńcowym w czasie hiperperfuzji a przepływem spoczynkowym, a jej zmniejszenie wskazuje na dysfunkcję mikrokrążenia wieńcowego.27
Patofizjologia zespołu reperfuzyjnego
Paradoksalnie, przywrócenie przepływu krwi do niedokrwionego mięśnia sercowego może również wywołać dodatkowe uszkodzenia, znane jako uszkodzenie reperfuzyjne.1528 Może to objawiać się arytmią komorową i dalszym uszkodzeniem komórek mięśnia sercowego.
Mechanizmy uszkodzenia reperfuzyjnego obejmują:29
- Zwiększoną produkcję reaktywnych form tlenu (ROS)
- Zaburzenia funkcji mitochondriów
- Nieprawidłową homeostazę wapnia wewnątrzkomórkowego
- Nasiloną odpowiedź zapalną
Konsekwencje zawału dla funkcji serca
Zawał serca prowadzi do szeregu konsekwencji dla struktury i funkcji serca:84
- Upośledzenie funkcji skurczowej i rozkurczowej – w zależności od obszaru dotkniętego zawałem
- Przebudowa serca – obejmująca rozszerzenie komór, segmentarny przerost pozostałej żywotnej tkanki i dysfunkcję serca
- Bliznowacenie – uszkodzony mięsień sercowy goi się poprzez tworzenie blizny, ponieważ zdolność regeneracji mięśnia sercowego jest znikoma
- Arytmie – mogą być spowodowane przerwaniem perfuzji struktur układu przewodzącego (węzeł zatokowo-przedsionkowy, węzeł przedsionkowo-komorowy, odnogi pęczka przedsionkowo-komorowego)
- Niewydolność serca – gdy uszkodzeniu ulega znaczna część mięśnia sercowego
Zaburzenia funkcji serca mogą być bezpośrednio spowodowane upośledzoną kurczliwością, prowadzącą zarówno do dysfunkcji skurczowej, jak i rozkurczowej.30 Znacznie zmniejszony rzut serca i hipotensja z niewystarczającą perfuzją tkanek obwodowych rozwija się, gdy zawałem objęte jest więcej niż 40% masy lewej komory.30
Mechanizmy genetyczne i molekularne
Badania ostatnich lat ujawniły istotną rolę czynników genetycznych i molekularnych w patogenezie choroby wieńcowej i zawału serca. Badania asocjacyjne całego genomu (GWAS) zidentyfikowały 12 niezależnych wariantów w 11 loci genomowych związanych z niewydolnością serca, z których wszystkie wykazują jedno lub więcej powiązań z chorobą wieńcową, migotaniem przedsionków lub obniżoną funkcją lewej komory, sugerując wspólną etiologię genetyczną.31
Szczególną uwagę zwrócono na region genu znany jako 9p21, który jest silnie związany z chorobą serca. Badania wykazały, że osoby posiadające dwie wersje (homozygotyczne) wariantu ryzyka genu 9p21 miały o 23% większe prawdopodobieństwo rozwoju cięższej postaci choroby, z blokadami w więcej niż jednej z trzech tętnic wieńcowych dostarczających krew do serca.32 Zrozumienie mechanizmów molekularnych leżących u podstaw tego związku otwiera możliwości opracowania nowych terapii.33
Na poziomie molekularnym, badania wskazują na rolę miRNA (mikro-RNA) w rozwoju i progresji chorób serca, w tym zawału.34 Ponadto, coraz więcej dowodów potwierdza rolę uszkodzeń DNA w różnych chorobach serca, chociaż nie w pełni poznano konkretne molekularne mechanizmy uszkodzeń DNA zaangażowane w rozwój i progresję niewydolności serca.35
Podsumowanie mechanizmów patofizjologicznych
Patofizjologia zawału serca jest złożona i wieloaspektowa. Najczęstszym mechanizmem jest miażdżyca tętnic wieńcowych z pęknięciem blaszki miażdżycowej i powstaniem zakrzepu, który blokuje przepływ krwi do mięśnia sercowego. Brak dostarczania tlenu i składników odżywczych prowadzi do kaskady zdarzeń skutkujących obumieraniem kardiomiocytów, zapaleniem, a ostatecznie bliznowaceniem i przebudową serca.1216
Inne istotne mechanizmy obejmują dysfunkcję mikrokrążenia wieńcowego, skurcz naczyń wieńcowych, zatory oraz czynniki genetyczne i molekularne.2617 Zrozumienie tych mechanizmów jest kluczowe dla opracowania skutecznych strategii prewencji i leczenia zawału serca.36
Warto podkreślić, że patofizjologia zawału serca nie może być przypisana wyłącznie zwężającej chorobie wieńcowej. Jak zauważono w badaniach klinicznych, angiograficznych i autopsyjnych, choroba niedokrwienna serca ma złożoną patofizjologię, a tylko niektóre przypadki są spowodowane ciężkimi lub powikłanymi blaszkami miażdżycowymi.36 Aby lepiej zrozumieć tę złożoną chorobę, konieczne jest uwzględnienie pełnego spektrum dostępnych paradygmatów patofizjologicznych – od aktywacji blaszki miażdżycowej po dysfunkcję mikrokrążenia.36
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.