1

Cardiovascular system

La-or Chompuk, MD. Department of Pathology

Faculty of Medicine, Naresuan University

Contents Arteriosclerosis, Aneurysm, Dissection Ischemic heart disease Valvular heart diseases

Mitral valve prolapse Rheumatic fever and rheumatic heart disease Infective endocarditis

Myocarditis Cardiomyopathy Pericardial diseases Tumor: myxoma

2

Arteriosclerosis

คือภาวะที่หลอดเลอืดแดงแข็งและสญูเสียความยืดหยุน แบงเปน 3 กลุม

Atherosclerosis Large & medium size vessels

Monckeberg medial calcific sclerosis Medium size vessels with tunica media calcification

Arteriolosclerosis Small arteries/arterioles

Atherosclerosis

พบมี fibrofatty plaques or atheromatous plaques อยูในชั้น tunica intima ของ large and medium size arteries เชน aorta, coronary a., femoral a. Histology: raised focal plaque within the intima, having a core lipid (cholesterol/cholesterol esters) and a covering fibrous cap Atherosclerosis

3

Atherosclerosis

plaque Atherosclerosis

ภาวะแทรกซอน: Calcification Rupture emboli Ulceration Hemorrhage Thrombosis Aneurysm

Atherosclerosis ปจจัยเสี่ยง:

Age: old age Genetics Hyperlipidemia: high cholesterol and triglyceride, low HDL Hypertension Cigarette smoking Diabetes mellitus

Atherosclerosis

ปจจัยเสี่ยง: Elevated plasma homocysteine Other factors:

Competitive stressful lifestyle: type A personality Lack of exercise Obesity

4

Clinical features & prevention อาการทางคลินิก:

Ischemic/infarction of organs Atherosclerotic aneurysm

การปองกัน: Primary prevention: risk factor modification Secondary prevention: prevent recurrence of events or complications (anti-platelet drugs)

Monckeberg medial calcific sclerosis

Hardening of medium size vessels with tunica media calcification พบบอยที่เสนเลือดแดงในมดลูก ไมคอยมีความสําคัญ

Monckeberg medial calcific sclerosis

Arteriolosclerosis คือภาวะที่หลอดเลือดแดงขนาดเล็กๆ แข็งและขนาดของเสนผานศูนยกลางแคบลง สัมพันธกับเบาหวาน(diabetes mellitus) และความดันโลหิตสูง (hypertension)

5

Arteriolosclerosis

Aneurysm คือภาวะที่ผนังของหลอดเลือดหรือผนังหองหัวใจบางตําแหนงมีการขยายตัวผิดปกติ แบงเปน 2 ชนิด

- true aneurysm ภาวะ dilate ทุกชั้นของผนังหลอดเลือด

- false aneurysm เกิดจากการ leak ของเลือดออกจากเสนเลือดไปอยูใต connective tissue ที่หุมหลอดเลือดอยู

Aneurysm

6

Aortic dissection

คือภาวะที่มีการแทรกของเลือดเขาไปในชั้น tunica media ของผนังหลอดเลือด aorta ภาวะแทรกซอน คือ การแตกของหลอดเลือด (rupture)

Abdominal aortic aneurysm with rupture

Aortic dissection

Blood intervening in the vessels

7

Ischemic Heart Disease (IHD)

ภาวะที่มีการขาดเลือดของกลามเน้ือหัวใจ (myocardial ischemia) เกิดจากไมสมดุลระหวาง supply (perfusion) & demand of oxygenated blood Myocardial ischemia ทําใหเกิด

↓ Oxygen ↓ Nutrient substrates ↓ Metabolites removal Dysfunction of pumping Abnormal heart rhythms Myocardial infarction (Necrosis)

Etiology of IHD

90 % coronary artery atherosclerosis IHD = coronary artery disease or coronary heart disease

Pathogenesis of IHD

Increased myocardial Oxygen demand Decreased coronary blood supply

Clinical manifestation of IHD แบงเปน 4 กลุมอาการ: 1. Angina pectoris: variants

- Stable angina - Prinzmetal angina - Unstable angina

2. Myocardial infarction (MI) 3. Chronic ischemic heart disease 4. Sudden cardiac death

8

Angina pectoris

ภาวะที่มีการเจ็บหนาอกบริเวณ substernal or precordial chest เปนระยะเวลา15 วินาที - 15 นาที แบงเปน 3 กลุมอาการ

Stable or typical angina Prinzmetal angina Unstable or crescendo angina

Angina pectoris

Stable angina: พบบอย เม่ือ coronary a. ตีบแคบถึงจุดหนึ่งจากการอดุตนัของ plaque ทําให coronary perfusion ลดลงจะทําใหมีอาการเจ็บหนาอก ตอนออกกาํลังกายหรือเครียด เพราะเปนภาวะที่หัวใจตองการ blood supply มาก และอาการจะทเุลาลงเม่ือพักหรอืไดรับยาขยายหลอดเลือด (nitroglycerin)

Angina pectoris Prinzmetal angina: พบไมบอย และ unpredictable การเจ็บหนาอกขณะพัก ไมสัมพันธกับการออกกาํลังกายหรือภาวะเครยีด เกิดจาก Coronary artery spasm Coronary artery อาจจะมีหรือไมมีภาวะ coronary artery atherosclerosis ก็ได อาการทุเลาเม่ือไดรบัยาขยายหลอดเลอืด อาการอาจจะ progress ไปเปน MI ได

Angina pectoris Unstable angina: อาการเจ็บหนาอกที่เปนถี่ข้ึน นานขึ้น พักแลวไมดีข้ึน อาการมักเกิดจากการ disruption of atherosclerotic plaque ใน coronary a. ทําใหเกิด thrombosis อุดตันในเสนเลือด หรือ plaque หลุดลอยเปน emboli ไปอุดใน coronary a. อีกตําแหนงหนึ่ง พบบอยวามักจะเปน MI ตามมา

9

Myocardial infarction (MI)

ภาวะที่มีการตายของ myocardium อาจเปนแบบ subendocardial หรือ transmural infarction ก็ได พบมีการเปลี่ยนแปลงของ EKG และ คาของ cardiac enzymes สูงข้ึน EKG: ST elevate, Q wave, ST depress Increased cardiac enz.: LDH, CK, Troponin 25 % silent: old age, diabetics

Myocardial infarction

Transmural infarction การตายของ myocardium ทั้งหมดของ ventricular wall thickness มักเกิดจาก complete obstruction ของ thrombosis หรือ emboli ใน coronary a.

นาน > 1 ชั่วโมง EKG: ST segment elevation Q wave

Myocardial infarction

Subendocardial infarction การตายของ myocardium 1/3 to 1/2 inner ventricular wall thickness เกิดจาก incomplete obstruction ของ thrombosis ใน coronary a. (>30-40 min) EKG: ST segment elevation Non-Q wave

Myocardial infarction

ปจจัยเส่ียง:

- old age - atherosclerosis of coronary a. * hypertension * DM * cigarette smoking * hypercholesterolemia

10

Myocardial infarction ความรุนแรงของ MI ข้ึนอยูกับ

- Location - Size of thrombosis/emboli

- Duration of occlusion - Oxygen needs of myocardium - Others: blood pressure, heart rate, cardiac rhythm

1 day 3-4 days

7-10 days 2-3 weeks

Myocardial infarction

11

Myocardial infarction

Released cardiac enzymes after myocardial cells dead:

Myoglobin Troponin (TnI and TnT) Creatine kinase (total CK and CK-MB) LDH (LDH1, LDH2)

Consequences and complications

50% AMI dead Contractile dysfunction

- อาจทําใหเกิด cardiogenic shock Arrhythmias

- เชน bradycardia, tachycardia, VT, VF และทําให dead

Consequences and complications

Myocardial rupture Pericarditis Right ventricular infarction

Consequences and complications

Mural thrombus Ventricular aneurysm Papillary muscle dysfunction Progressive late heart failure

12

Myocardial rupture

Rupture ventricular septum

Rupture papillary muscle

Fibrinous Pericarditis

Ventricular aneurysm

Mural thrombus

Prognosis

ข้ึนอยูกับ extention and location of infarction, quality of left ventricular function, previous cardiovascular health Total mortality for 1st year = 30 %

Treatment Monitoring and treat complication Decrease myocardial oxygen demand

HR control, pain relief, activity restriction Increase oxygen supply

Oxygen administration Antiplatelet therapy (aspirin), thrombolytic drug Angioplasty), atherectomy, CABG

13

Chronic ischemic heart disease

คือภาวะที่มี ischemic myocardial damage แลวทําใหมี congestive heart failure ตามมา เรียกวา ischemic cardiomyopathy การวินิจฉัยตองแยกสาเหตทุี่ทาํใหเกดิ cardiomyopathy ไปกอน

Sudden cardiac death คือภาวะ unexpected death จาก cardiac causes ในระยะเวลา 1 hour Causes:

- ischemic heart disease (common) - congenital anomalies of coronary artery - aortic valve stenosis - mitral valve prolapse - myocarditis - dilated and hypertrophic cardiomyopathy

Mechanism: arrhythmia (Asystole, VF)

Valvular heart diseases

Valvular stenosis = ล้ินหัวใจตีบ คือ ภาวะท่ีล้ินหัวใจเปดไดไมเต็มท่ี

Valvular regurgitation/insufficiency = ล้ินหัวใจรั่ว คือภาวะท่ี ล้ินหัวใจปดไดไมสนิท

14

Major causes of acquired valvular heart diseases

Mitral valve stenosis: Post-inflammatory scarring (rheumatic heart disease)

Mitral valve regurgitation: Abnormalities of leaflets and commissures

Post-inflammatory scarring Infective endocarditis Mitral valve prolapse

Abnormalities of tensor apparatus Rupture of papillary muscle/cordae tendinae

Major causes of acquired valvular heart diseases

Aortic stenosis: Post-inflammatory scarring (rheumatic heart disease) Senile calcific aortic stenosis Calcification of a congenitally deformed valve

Aortic regurgitation Post-inflammatory scarring Infective endocarditis Aortic diseases: Syphilitic aortitis, Marfan syndrome, Rheumatoid arthritis

Mitral valve prolapse

คือภาวะที่มีความผิดปกติของ mitral leaflets ที่มีลักษณะออนตัว (floppy) ทําให valve ย่ืนเขาไปใน atrium (prolapse) ขณะที่หัวใจบีบตัว Most asymptomatic May be dyspnea, angina, fatigue

15

Mitral valve prolapse

Unknown cause แตอาจเปน genetic cause พบบอยใน Marfan syndrome

Mitral valve prolapse

Rheumatic fever and Rheumatic heart disease

Rheumatic fever: acute, immunologically mediated multi-system inflammatory disease occurs a few weeks after an episode of group A (beta-hemolytic) streptococcal pharyngitis

Rheumatic fever

most common cause of acquired heart disease worldwide affect pediatric population affect heart, joints, skin and CNS acute rheumatic carditis may progress to chronic valvular deformities occurs in only 3% of patients with group A streptococcal pharyngitis

16

Rheumatic fever Diagnosis: ใช Jones criteria

2 major criteria or 1 major and 2 minor criteria

plus evident of antecedent group A streptococcal infection

positive throat culture positive group A strep. antigen test elevated serum anti-strep. antibody titer

Jones criteria

Major criteria: Carditis Polyarthritis (Migratory) Chorea (Sydenham) Erythema marginatum of skin Subcutaneous nodules

Jones criteria

Minor criteria: Clinical findings:

Arthralgia Fever

Laboratory findings: Elevated acute phase reactant (ESR,CRP) Prolonged PR interval on EKG

Rheumatic heart disease Acute rheumatic fever:

Endocarditis, myocarditis, pericarditis Endocarditis: พบ vetgetation at valve (MV,AV) ลักษณะทางกลองจุลทรรศนพบ Aschoff bodies, Anitschkow cells (Pathognomonic) ใน myocardium

Chronic rheumatic heart disease: deformed fibrotic valves (MV>AV>TV>PV) Frequent cause of Mitral stenosis (99% of cases)

17

Acute rheumatic fever

Aschoff bodies in myocardium Vetgetation at valve

Chronic rheumatic heart disease

Fibrosis of valve Fish mouth feature

Pathogenesis

hypersensitivity reaction induced by group A streptococcal Streptococcal antigens (M protein) that cross-react with human tissue through molecular mimicry Antibody destructs human tissue

Pathogenesis of RHD

18

Clinical Features

มักเกิดภายใน 3 สัปดาหหลังจากมีอาการของ group A streptococcal pharyngitis สวนมากพบในเด็กชวงอายุ 5-15 ป Serologic study: antistreptolysin-O (ASO) or antideoxy RNase B /anti-DNase B titer

Clinical Features

Acute rheumatic carditis (50-60%) Endocarditis: valvular regurgitation Myocarditis: tachycardia, cardiomegaly, arrhythmia, CHF Pericarditis: pericardial effusion

Clinical features

Chronic rheumatic carditis:

อาการจะเกิดขึ้นหลังจากมีอาการครั้งแรกในเวลาหลายป Valvular heart disease: Valvular deformities

Stenosis, Insufficiency

Infective endocarditis

เปนการอักเสบติดเชื้อที่ heart valve ทําใหมีการทําลาย valve สาเหตุสวนใหญเกิดจากเชื้อ bacteria (bacterial endocarditis) สวนนอยเกิดจากเชื้ออ่ืนๆ เชน fungi, rickettsiae (Q fever) and clamydiae

19

Infective endocarditis (IE)

Acute IE: - การอักเสบติดเช้ือแบบเฉียบพลัน ทําใหมีการทําลาย normal heart valve มักเกิดจาก high virulent organisms

- >50% ของผูปวยจะตายภายใน 2-4 weeks

Infective endocarditis (IE)

Subacute IE: - การอักเสบติดเช้ือทาํใหมีการทาํลาย abnormal

heart valve มักเกิดจาก low virulent organisms

- Abnormal heart valve เชน RHD, mitral valve prolapse, bicuspid aortic valve, prosthetic valves

- อาการจะเปนแบบคอยเปนคอยไป (insidious course)

Infective endocarditis (IE)

ปจจัยเสี่ยง: neutropenia immunodeficiency therapeutic immunosuppression diabetic mellitus alcohol intravenous drug abuse (IVDU)

Infective endocarditis (IE) เชื้อจุลชีพท่ีเปนสาเหต:ุ

alpha-hemolytic streptococci eg. S.viridans (50-60%) S. aureus (10-20%) พบบอยใน intravenous drug uses HACEK group: Haemophilus, Actinobacillus, Cardiobacterium, Eikenella and Kingella S. epidermidis พบบอยในผูที่ใสล้ินหัวใจเทียม (prosthetic valve)

20

Infective endocarditis (IE)

ชองทางการติดเชื้อ: dental or surgical procedure skin eg. IVDU occult sources from gut, oral cavity

Infective endocarditis (IE)

Gross: vegetation ที่ heart valve และ อาจกระจายไปที่ endocardium บริเวณใกลเคียงจนเกิด abscess Microscopic: neutrophils จํานวนมากรวมกับ fibrin

Infective endocarditis

Clinical features of IE

Acute IE - fever, chills, weakness, murmur, heart failure

Subacute IE - Fever (Prolonged) - non-specific symptoms: fatigue, weight loss flu-

like syndrome - Murmurs (90% in left-side disease) - Others: petechiae, subungual hemorrhage, Roth

spots in the eyes (microemboli)

21

Roth spots (white-centered hemorrhage at retina)

Subungual splinter hemorrhage

Complications of IE

Cardiac complications: valvular insufficiency or stenosis heart failure myocardial ring abscess with perforation suppurative pericarditis

Embolic complications: Vetgetation at MV, AV: brain abscess, splenic abscess, kidneys abscess Vetgetation at TV, PV: lung infection and abscess

Myocarditis

ภาวะที่มีการอักเสบของ myocardium ทําใหมี injury of cardiac myocytes สาเหตุ:

infections Immune-mediated reaction others: sarcoidosis, giant cell myocarditis

Causes of myocarditis

การติดเชื้อ: Viruses: Coxackievirus A and B (common), ECHO, influenza, HIV, cytomegalovirus (CMV) Clamydiae: C. psittaci Rickettsiae: R. typhi typhus fever Bacteria: Diphtheria, N. Meningitidis Fungi: Candida Protozoa: Trypanosoma chagas disease, toxoplamosis Helminths: trichinosis

22

Causes of myocarditis

Immune-mediated reactions: Postviral infection Poststreptococcal infection (rheumatic) Systemic lupus erythrematosus (SLE) Drugs: Methyldopa, sulfonamides Organs transplant rejection

Unknown causes: sarcoidosis Giant cell myocarditis

myocarditis

Clinical features of myocarditis

Asymptomatic complete recovery Arrhythmias Cardiomegaly functional valvular regurgitation Heart failure death

Cardiomyopathy

Primary cardiomyopathy คือโรคหัวใจที่มีสาเหตุมาจากความผิดปกติของกลามเนื้อหัวใจเอง

Secondary cardiomyopathy

คือโรคหัวใจที่มีสาเหตุมาจากโรคระบบอื่น

23

Primary cardiomyopathy

แบงเปน 3 ชนิด Dilated cardiomyopathy (90%) Hypertrophic cardiomyopathy Restrictive cardiomyopathy

Dilated cardiomyopathy

คือภาวะที่มีการขยาย (dilate) ของทั้ง 4 หองหัวใจ (chambers) ทําใหเกิด systolic dysfunction สาเหตุ: alcohol, genetics, postviral myocarditis อาการ: slow progesssive heart failure การรักษา: heart transplantation

Dilated cardiomyopathy

Dilated chambers

Cardiac myocytes hypertrophy and mild interstitial fibrosis

Hypertrophic cardiomyopathy

คือภาวะที่เซลลกลามเนื้อหัวใจมีขนาดใหญข้ึน (cardiac myocytes hypertrophy) ทําใหผนังของหัวใจหนามากและมีความผิดปกติของ diastolic filling เพราะ ventricular chamber ตีบแคบ สาเหตุ: genetics อาการ: asymptomatic, ventricular outflow obstruction, heart failure

24

Hypertrophic cardiomyopathy

Ventricular wall thickening

cardiac myocytes hypertrophy and disarray

Restrictive cardiomyopathy

คือภาวะที่ ventricles ไมสามารถขยายไดเต็มที่ขณะหัวใจคลายตัว (diastole) ซึ่งเกิดจากมีพังผืด(fibrosis) ใน ventricular wall สาเหตุ: idiopathic, amyloidosis, genetics, radiation fibrosis อาการ: restricted diastolic filling low stroke volume heart failure

Pericardial effusion

คือภาวะที่มีของเหลวสะสมใน pericardial cavity ปริมาณมาก (ปกติมี fluid ใสอยูประมาณ 30-50 ml.) ของเหลวอาจเปนเลือด (hemopericardium), หนอง, หรือ ของเหลวใสก็ได

25

Pericardial effusion

ถาของเหลวปริมาณมากๆ อาจทําใหเกิด cardiac tamponade ได cardiac tamponade คือภาวะ external compression of heart chambers resulting in diastolic filling impair

↓ stroke volume, heart rate ↑, heart failure Treatment: pericardiocentesis

Pericarditis

คือภาวะที่มี การอักเสบ (inflammation) ของpericardium สาเหตุ:

- infection: virus, bacteria, TB, fungus - immuno-mediated: SLE, rheumatic fever - other: trauma, neoplasm, radiation

Acute pericarditis from bacterial pneumonia

Myxoma

Primary cardiac tumor (common) 90% พบที่ atrium ( left>right) Benign tumor Gross: gelatinous mass in cardiac chambers อาการ: emboli, ball-valve obstruction, syncope

26

Gelatinous mass in left atrium

myxoma

References 1. Ramzi S. Cotran: Robbins’ Pathologic Basis of

disease, 8th ed. Philadelphia, WB Sauders, 2009 2. Copstead Banasik: Pathophysiology biological and

behavioral perspective, 2nd ed 3. Baunwald: Heart disease: A textbook of

Cardiovascular Medicine, 6th ed. Philadelphia, WB Sauders, 2001

4. Eugene Braunwald: Cardiovascular diseases: Harrison’s Manual of Medicine, 15th ed. McGraw-Hill, 2002