background image

 

 

 
 

 

 
 

[2012]

 

 

 
 
 
DRUGS FOR HEART       
FAILURE

 

 


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

 

CHF  usually  occurs  when  the  cardiac  output  is  inadequate  to  meet  the 

metabolic needs of the body. 
 

In  CHF,  the  ventricular  dysfunction  may  be  primarily  systolic  (i.e. 

inadequate  force  generation  to  eject  blood  normally  as  in  ischemicc  heart 
disease) or it is may be diastolic (inadequate relaxation to permit normal filling 
as a result of hypertrophy or stiffness of the myocardium). 
 

CHF  due  to  sytolic  dysfunction  usually  respond  to  inotropic  drug  e.g. 

digoxin  while  CHF  due  to  diastolic  dysfunction  does  not  respond  optimaly  to 
these drugs. 
 

Rarely  high  output  failure  occurs  whereby  needs  of  the  body  are  so  great 

inspite of the  C.O. this form of failure poorly responds to +ve inotropic drugs. 
 

Treatment is by correcting the underlying cause.  

 the  primary  symptoms  of  all  types  of  CHF  include:  tachycardia,  decreased 
exrecise tolerance, SOB, peripheral and pulmonary edema, cardiomegaly. 
 

The decreased execise tolerance and easy fatigability are due to  C.O. while 

other manifestations are due to compensatory mechnisms. 
 
 

Physiology Of Cardiac Muscle Contraction: 

 

Contraction of the cardiac muscle is due to movement of actin and myosin 

in  cardiac  sarcomers  during  systole  resulting  from  the  interaction  of  Ca

+

  with 

actin troponin tropomyosin system. 
 

This activator Ca

+

 comes from 2 sources: 

1.  From  outside  the  cell,  enter  during  plateau  phase  of  action  potential 

through voltage gated Ca

+

 channels. 

2.  Release  of  Ca

+

  from  the  sarcoplasmic  reticulum  which  depend  on  the 

amount stored in the SR and the amount of trigger Ca

+

 that enter the cell. 

Therefore  the  contraction  of  cardiac  muscle  is  directly  related  to  the 
concentration of the free cystolic Ca

+


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

Removal of Ca

+

:    Na-Ca exchanger: which exchange Ca with Na thus any 

change in the intracellular concentration of Na will affect the cellular levels of 
Ca

+

1.  Uptake by SR, more than 99% of Ca

+

 is stored in the SR and mitochondria. 

 

 

 

Pathophysiology of Cardiac Performance: 

 

It's a function of 4 primary factors: 

1.  Preload: is the volume of the blood that fills the ventricles in diastole, when 

it is  , it causes overfilling of the heart which  the work load. 
 

 

Starling law:  within limits, the ventricular performance is related to the 
degree of myocardial stretching. 

 

When  left  ventricular  performance  (e.g.  stroke  volume  or  C.O.)  is 
plotted as a function of L.V. filling pressure (preload), then the resulting 
curve is called L.V. function curve… therefore when preload is  leads to                           
in ventricular stretching and will enhance the ventricular function. 

 

The  limit  is  End  Diastolic  Pressure  (EDP)  of  15  mmHg  when  there  is 
plateau of performance. 

 

On  the  other  hand  marked  stretching  causes  marked  deterioration  of 
ventricular function and EDP of 20 mmHg or more results in pulmonary 
congestion. 

 

In HF, preload usually  because of   in blood volume and venous tone.  

 

Reduction of preload is the goal of salt restriction and diuretic therapy. 

 

Vasodilators  also  reduce  preload  by  redistributing  the  blood  into 
peripheral veins away from the heart.  


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

 

 

 

2.  Afterload: is the systemic vascular resistance against the heart must pump 

the blood, this is frequently  in CHF which leads to   C.O. 

 

This sets the stage for the use of the drugs that   or reduce arterial tone in 
CHF. 
  

3.  Contractility: in patients with chronic low output failure, there is reduction 

in the intrinsic contractility of myocardium resulting in reduction of pump 
performance; here comes the role of +ve inotropic drug. 

  

4.  Heart rate: which is the major determinant of C.O. (i.e., C.O. = S.V. x Ht. 

rate). The heart rate  as the S.V.  , this is the 1

st

 compensatory mechanism 

to maintain the C.O. 

 
 

Compensatory Mechanisms in CHF:

 

1.  Neuro-hormonal reflex involves: 

a.  The sympathetic nervous system 
b.  The renin-angiotensin-aldosterone system 


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

 
                                            ↓C.O. 

 
                       ↓Carotid sinus firing                   ↓Renal blood flow 
 
                    ↑Sympathetic discharge                    ↑renin   ↑angiotensin II and ↑aldosterone  
 
 
      Force               Rate              Preload               Afterload                      Remodeling* 
 
 

*remodeling: change the shape (geometry) of the ventricles 

 

These  compensatory  mechanisms  the  work  of  the  heart  and  can  further 
contribute to the decline in the cardiac function. 
 

2.  Myocardial  hypertrophy:  is  the  most  important  intrinsic  compensatory 

mechanism, the  in myocardial mass helps to maintain cardiac performance 
in  the  phase  of  pressure  or  volume  overload.  However,  after  initial 
beneficial effect, hypertrophy can lead to ischemic changes, impairment of 
diastolic filling and alteration in ventricular geometry (remodeling) due to 
proliferation  of  abnormal  myocardial  cells  and  C.T.  which  die  at  the 
accelerated  rate  leaving  the  remaining  myocardial  cells  subject  to  even 
greater overload. 

 
 

 

Drugs used to treat CHF 

 

1.  Diuretics: loop diuretics and thiazides AND SPIRONOLACTONE. 
2.  Vasodilators:  

a.  ACE inhibitors (arteries and veins and angiotensin receptor blockers 
b.  Hydralazine  
c.  Minoxidil       

Arteries

 

 
d.  Isosorbide        

mainly veins

 

e. 

Brain natriuretic peptide(BNP) Nesiritide 

 

f. 

Endothelin antagonists  Bosentan ,tezosentan 

 

3.  Cardiac inotropic agents 

a.  Cardiac glycosides (digoxin, digitoxin) 


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

b.  β-adrenergic agonist (dobutamine, dopamine) 
c.  Phospho diesterase inhibitors (amrinone, milrinone) 
 

4.  Beta-blockers:  most  patients  with  chronic  stable  heart  failure  respond 

favorably to certain β-blockers (carvedilol, metoprolol) inspite of the fact 
that these drugs can ppt. acute decompensation of cardiac function. 

  

Remodeling:  the  term  applied  to  dilation  (other  than  that  due  to  passive 
stretch) and slow structural changes that occur in the stressed myocardium. 
 
 Considering  (c)  in  cardiac  inotropic  agents,  they    cAMP  by  inhibiting 
phosphodiesterase  iso  enzyme  III  which  in  turn    Ca

+

  entry    during  the  A.P., 

they  also  have  significant  vasodilatory  effect,  they  are  used  for  acute  heart 
failure,  their  toxicity  prevents  long  term  use  which  includes  B.M.  toxicity, 
liver toxicity and also cardiac arrhythmia. 
 

Cardiac Glycosides:

 

 

All the commonly used cardiac glycosides of  which  digoxin is considered 

as the prototype, combine a steroid nucleus with unsaturated 5 mem. lactone ring 
and a series of sugars linked to the C3 of the nucleus. For the effect on the heart, 
we  need  the  steroid  nucleus  and  the  lactone  ring.  The  sugar  series  differ  from 
each other and affect the pharmacokinetics of the drug. 
 
Source:
  fox  glove  digitalis  lanata  and  D.purpurea,  squill  (med.  sea  onion), 
strophanthus  gratus  and  other  tropical  and  temperate  zone  plants,  Certain  toads 
have cardiac glycosides in their skin glands. 
 
 
D.purpurea                                   D.lanata                                   S.gratus 
Digoxin                                        Digoxin                                    Ouabain  
Digitoxin                                      Lanatocide                               Strophanthline 
                                                    Deslanoside 
 

 

The  most  important  property  of  cardiac  glycoside  is  their  +ve  inotropic 
effect  (i.e.  increase  the  force  of  myocardial  contraction  and  C.O.  at  a 
reduced metabolic cost). 

 

 
 


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

Pharmacological Effect on Heart Contractility:

 

 

Mechanical  effects:    in  the  force  of  contraction by  in  both  the  velocity  of 
myocardial contraction and the max. force that is developed. 

 

  in cardiac contractility leads to the following: 

1.   in C.O. to resemble that of normal heart. 
2.   EDP  or  volume  thus  the  efficacy  of  contraction  and  therefore  ejection 

fraction is increased. 

3.  The  resulting  improvement  in  the  circulation  will  lead  to  sympathetic 

activity and   peripheral resistance. 

4.   in heart rate because of these effects by  in vagal tone. 
5.  Improvement in renal blood flow 
6.  O

2

 demand will be ultimately  . 

Note: there is  renal blood flow because of improved circulation. 

Mechanism of Action:

 

 

Cardiac  glycosides  combine  reversibly  with  the  Na

+

-K

+

  ATPase  of  the 

cardiac  cell  memb.,  resulting  in  inhibition  of  pump  activity  and  this  causes  in 
Na

+

 conc. inside the cell which favors the transport of Ca

+

 into cell via Na

+

-Ca

+

 

exchanger  and  thus  intracellular  Ca

+

  resulting  in  an  in  the  systolic  force  of 

contraction. 

    

Electrical Effects:

 

 

In the intact subject it is a mixture of direct and indirect actions  (due to in 

the  vagal  tone).  In  the  lower  portion  of  the  dose  range  parasymp.  effects 
dominate (mainly on the atria). As the dose increases , more  of the symp. effects 
come into play: 
Direct Effect                   Atrial              AV node               

Vent. And purkinjie fibers 

ERP 
Conduction velocity 
Automaticity 
 
 

Indirect Effect               Atrial                 AV node              

Vent. And purkinjie fibers 

ERP 
Conduction velocity 
Adverse effects              extra systole          AV block                     PVC and Bigmeny 
Arrhythmia                     Tachycardia        AV nodal                      VT and VF 
                                                                  tachycardia 
ECG changes                                             PR interval is ↑                T and ST is depressed  
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

QT 

 
 


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

ERP: effective refractive period                         PVC: premature ventricular count 
VT: ventricular Tachycardia                                 Bigmeny: one normal and one ectopic beat 
VF= ventricular fibrillation 
 
 

Therapeutic Uses:

 

1.  Cardiac failure by the direct action on contractility, they are of great value 

in the treatment of severe  left ventricular systolic failure after initiation of 
diuretics and ACE inhibitors, only if the patient has AF  well it becomes 1

st

 

choice. 

2.  Atrial fibrillation: by the vagal effect on the AV node reducing conduction 

velocity, thus it is slowing the ventricular rate (i.e. digoxin does not revert 
the atrial fibrillation to the normal sinus rhythm). 

3.  Atrial  flutter:  by  the  vagal  action  on  the  AV  node  to  reduce  the  rate  and 

also  by  shortening  the  refractory  period  of  the  atrial  muscle  to  convert 
flutter to fibrillation in which the ventricular rate is more readily controlled. 

4.  Paroxysmal  Atrial  Tachycardia  (PAT)  by  the  vagal  effect  frequently 

respond to digoxin, adenosine, and Ca

+

 channels blockers are the best now. 

 
 

Contraindications:

 

 

Cardiac  temponade,  constrictive  pericarditis,  high  output  CHF, 

Hypertrophic  Obstructive  Cardiac  Myopathy  (HOCM),  wolf-parkinson-  white 
syndrome. 
 
 

Kinetics:

 

 

Because digitalis is frequently prescribed on long term therapy and because 

of  the  low  margin  of  safety  of  the  drug  (lethal  dose  is  only  5-10  times  the 
minimum effective dose). 
The  drugs  also  have  a  long  t

1/2

,  so  they  require  a  careful  attention  to  their 

pharmacokinetics. 
 
 
 

Drug            GI absorb.             Ptn. Binding             t

1/2

 PMR            serum conc. ng/ml 

Digoxin         ≈ 75%                         <30%                36 hr./kidney         0.5-2.5 / toxic>2 
Digitoxin       90-100%                      97%                 5-7 days/liver        10-35 / toxic>35 
 
 *PMR: principle metabolic route 


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

1

 
 

Administration and Dosage:

 

 

You  should not  exceed  the  safety  therapeutic  range,  the  slow  approach  of 
digitalization is the safest method. 

 

If a more rapid effect is needed, then you can give a loading dose divided 
into 3-4 doses over 24 hours then followed by maintenance dose. 

 

Slow digitalization or maintenance doses of digoxin is 0.125-0.5 mg while 
loading  dose  is  0.5-0.75  mg  every  8  hrs  (3  daily)  then  followed  by 
maintenance dose. 

 

Digoxin can be used I.V. but it's dangerous. 

 

 

Factors predisposing to digoxin toxicity: 

1.  Electrolyte disturbance

a.  Hypokalemia:  may  be  produced  by  diuretics,  steroids,  vomiting  and 

diarrhea. 

 

It can precipitate serious arrhythmia and this can be prevented by supplying 

K

+

 or the use of K

+

 sparing diuretics. 

b.  Hypercalcemia  and  hypomagnesemia:  also  predispose  to  digoxin 

toxicity. 

2.  Drugs: quinidine and verapamil by displacement digoxin from binding site. 

   quinidine  also  competes  with  digoxin  for  renal  excretion,  other drugs  may 
digoxin  concentration  and  potential  for  toxicity  include:  Amiodarone, 
tetracycline, erythromycin, and other drugs that cause hypokalemia. 

3.  Hypothyroidism,  hypoxia,  renal  failure,  myocarditis  are  also  predisposing 

factors for dig. toxicity. 

Adverse Effects:

 

 

When  the  serum  concentration  is  above  therapeutic  range  then  signs  of 

digoxin toxicity will appear and these are: 

1.  Anorexia  earliest sign. 
2.  Nausea,  vomiting,  diarrhea  (nausea  and  vomiting  due  to  stimulation  of 

CTZ). 

3.  Headache,  malaise,  fatigue,  neuralgia,  confusion,  agitation,  and  even 

convulsions. 

4.  Vision  change:  include  change  in  color  perception,  yellow  vision   

xanthopsia, hollows on dark objects. 

5.  Gynecomastia (rare) because it contains steroid nucleus 
6.  Cardiac toxicity 


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

1

a.  PVC: premature ventricular contraction: bigeminy, VT, VF. 
b.  AV dissociation and block  complete heart block. 
c.  PAT and non-paroxysmal often with AV block. 
d.  SA block and sinus arrhythmia. 
e.  Digoxin can virtually cause every variety of arrhythmia. 
 
Delayed  after  depolarization  are  responsible  for  most  types  of  dig. 
arrhythmias.(occurring during phase 4 due to entry of calcium) 

Principles of Rx of digitalis toxicity:

 

1.  Cardiac glycosides and K

+

 depleting drugs are discontinued. 

2.  KCl  is  administered  orally  or  by  slow  I.V.  infusion  if  hypokalemia  is 

present  (unless  there  is  AV  block),  Mg

+

  deficiency  may  accompany 

hypokalemia and Mg

+

 replacement may be necessary. 

3.  Cholestyramine binds to cardiac glycoside and has been used to fasten their 

elimination. 

4.  A  digoxin  specific  Ab  fragment  (FAB)  from  immunized  sheep  is  non-

immunogenic and it is available for Rx of life threatening toxicity. 

5.  Rx of digoxin induced cardiac arrhythmias  

a.  Atropine to control sinus bradycardia. 
b.  Lidocaine (the best) for VT also procainamide can be used. 
c.  Propranolol  can  be  used  for  ventricular  and  supra  ventricular 

tachycardia unless there is AV block. 

d.  Phenytoin can be given for ventricular and atrial arrhythmia. 
e.  Electrical  conversion  is  often  hazardous  in  the  treatment  of  digoxin 

induced arrhythmia because  it  can  ppt.  VF.  Only  used  when  there  is 
VF. 

 

Acute heart failure treatment in short: 

1.  Oxygen supply and rest. 
2.  Morphine. 
3.  Diuretics mainly fursemide (I.V.). 
4.  Nitrates. 
5.  Β-agonist  Dobutamine may be used. 
6.  Digoxin but  risk of arrhythmia due to hypoxia. 
7.  Sometimes the patient may have an element of bronchospasm and we may 

give aminophylline. 

 


background image

Pharmacology / Dr. Samer 
Lec. 40 
 

College of Medicine                                                                                        Baghdad University 

1

 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 16 عضواً و 208 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل