Schimbările de inotropie sunt o caracteristică importantă a mușchiului cardiac deoarece, spre deosebire de mușchiul scheletic, mușchiul cardiac nu-și poate modula generarea de forță prin schimbări în activitatea nervilor motori și recrutarea unităților motorii. Atunci când mușchiul cardiac se contractă, toate fibrele musculare sunt activate și singurele mecanisme care pot modifica generarea forței sunt modificările în lungimea fibrelor (preîncărcare; activare dependentă de lungime) și modificările inotropiei (activare independentă de lungime). Influența modificărilor inotropice asupra generării forței este clar demonstrată prin utilizarea diagramelor lungime-tensiune în care inotropia crescută are ca rezultat creșterea tensiunii active la o preîncărcare fixă. Mai mult, proprietatea inotropică a mușchiului cardiac este afișată în relația forță-velocitate ca o modificare a Vmax; adică o modificare a vitezei maxime de scurtare a fibrelor la o postîncărcare zero. Viteza crescută de scurtare a fibrelor care apare odată cu creșterea inotropiei mărește rata de dezvoltare a presiunii ventriculare, care se manifestă ca o creștere a dP/dt maxim (adică rata de schimbare a presiunii) în timpul fazei de contracție izovolumetrică. Din cauza acestor modificări ale proprietăților mecanice ale mușchiului cardiac în contracție, o creștere a inotropiei duce la o creștere a volumului cerebral ventricular.
Efectele inotropiei asupra curbelor Frank-Starling
Prin modificarea ratei de dezvoltare a presiunii ventriculare, se modifică rata de ejecție ventriculară în aortă (adică viteza de ejecție). Deoarece există un timp finit disponibil pentru ejecție (~200 msec), modificările vitezei de ejecție modifică volumul cerebral – creșterea vitezei de ejecție crește volumul cerebral, în timp ce reducerea vitezei de ejecție scade volumul cerebral.
O scădere a inotropiei deplasează curba Frank-Starling în jos (punctul A spre B în figură). Acest lucru face ca volumul cerebral (SV) să scadă, iar presiunea diastolică finală a ventriculului stâng (LVEDP) și volumul să crească. Modificarea SV este răspunsul primar, în timp ce modificarea LVEDP este un răspuns secundar la modificarea SV. Aceasta este ceea ce se întâmplă, de exemplu, atunci când există o pierdere a inotropiei ventriculare în timpul anumitor tipuri de insuficiență cardiacă. Dacă inotropia este crescută (așa cum se întâmplă în timpul exercițiilor fizice), curba Frank-Starling se deplasează în sus și spre stânga (punctul A până la C în figură), ceea ce duce la o creștere a VS și o scădere a LVEDP. Odată ce o curbă Frank-Starling se deplasează ca răspuns la o stare inotropă modificată, modificările în umplerea ventriculară vor modifica SV prin deplasarea fie în sus, fie în jos a noii curbe Frank-Starling.
Efectele inotropiei asupra buclelor presiune-volum ventricular
Motivul pentru care LVEDP scade atunci când SV este crescută poate fi cel mai bine arătat folosind buclele presiune-volum ventriculare stângi (LV) (vezi figura). În această figură, bucla de control are un volum end-diastolic de 120 ml și un volum end-sistolic de 50 ml. Lățimea buclei (volumul end-diastolic minus volumul end-sistolic) este volumul cerebral (70 mL). Atunci când inotropia este crescută (la presiune arterială și frecvență cardiacă constante), SV crește, ceea ce reduce volumul end-sistolic la 20 mL. Acest lucru este însoțit de o reducere secundară a volumului end-diastolic ventricular (la 110 mL) și a presiunii, deoarece atunci când SV este crescut, ventriculul conține mai puțin volum de sânge rezidual după ejecție (volum end-sistolic scăzut), care poate fi adăugat la întoarcerea venoasă de intrare în timpul umplerii. Prin urmare, umplerea ventriculară (volumul diastolic final) este redusă. Liniile punctate pentru cele două bucle reprezintă relația presiune-volum end-sistolic (ESPVR). ESPVR este deplasată spre stânga și panta sa devine mai abruptă atunci când inotropia este crescută. ESPVR este uneori utilizată ca un indice al stării inotropice ventriculare.
Schimbările inotropiei produc schimbări semnificative în fracția de ejecție (EF, calculată ca volum de accident vascular cerebral împărțit la volumul diastolic final). În figura anterioară, FE de control este de 0,58 și crește la 0,82 cu creșterea inotropiei. Prin urmare, creșterea inotropiei duce la o creștere a EF. În schimb, scăderea inotropiei scade EF. Prin urmare, EF este utilizat în mod obișnuit ca un indice clinic pentru a evalua starea inotropică a inimii. În cazul insuficienței cardiace, de exemplu, există adesea o scădere a inotropiei care duce la o scădere a volumului cerebral, precum și la o creștere a preîncărcării, scăzând astfel FE.
Schimbările în starea inotropică sunt deosebit de importante în timpul efortului. Creșterile stării inotropice ajută la menținerea volumului cerebral la frecvențe cardiace ridicate și presiuni arteriale ridicate. Creșterea frecvenței cardiace singură scade volumul vascular cerebral din cauza timpului redus pentru umplerea diastolică, ceea ce scade volumul diastolic final. Presiunea arterială crescută în timpul efortului crește postîncărcarea inimii, ceea ce tinde să reducă volumul accidentului vascular cerebral. Când starea inotropică crește în același timp, volumul end-sistolic scade, astfel încât volumul vascular cerebral poate fi menținut și poate fi lăsat să crească în ciuda timpului redus pentru umplerea ventriculară și a presiunii arteriale crescute.
Factori care reglează inotropia
Mecanismul cel mai important care reglează inotropia este reprezentat de nervii autonomi. Nervii simpatici joacă un rol proeminent în reglarea inotropică ventriculară și atrială, în timp ce nervii parasimpatici (eferentele vagale) au un efect inotropic negativ semnificativ în atrii, dar doar un efect mic în ventricule. În anumite condiții (de exemplu, exerciții fizice, stres și anxietate), nivelurile ridicate de epinefrină circulantă sporesc efectele adrenergice simpatice. În inima umană, o creștere bruscă a postîncărcării poate provoca o creștere a inotropiei (efect Anrep). O creștere a frecvenței cardiace stimulează, de asemenea, inotropia (efectul Bowditch; treppe; inotropie dependentă de frecvență). Acest din urmă fenomen se datorează probabil unei incapacități a Na+/K+-ATPazei de a ține pasul cu influxul de sodiu la frecvențe cardiace mai mari, ceea ce duce la o acumulare de calciu intracelular prin intermediul schimbătorului sodiu-calciu. Insuficiența sistolică care rezultă din cardiomiopatie, ischemie, boală valvulară, aritmii și alte afecțiuni se caracterizează printr-o pierdere a inotropiei intrinseci.
În plus față de aceste mecanisme fiziologice, o varietate de medicamente inotrope sunt utilizate clinic pentru a stimula inima, în special în insuficiența cardiacă acută și ocazional în insuficiența cardiacă cronică. Aceste medicamente includ digoxina (inhibă Na+/K+-ATPasa sarcolemală), agoniștii beta-adrenoceptorilor (de exemplu, dopamina, dobutamina, epinefrina, izoproterenol) și inhibitorii fosfodiesterazei (de ex, milrinona).
Mecanismele inotropiei
Majoritatea căilor de transducție a semnalelor care stimulează inotropia implică în cele din urmă Ca++, fie prin creșterea influxului de Ca++ (prin intermediul canalelor de Ca++) în timpul potențialului de acțiune (în principal în timpul fazei 2), fie prin creșterea eliberării de Ca++ de către reticulul sacroplasmatic, fie prin sensibilizarea troponinei-C (TN-C) la Ca++.
.