Review Giornale Italiano di Ecografia Cardiovascolare Settembre 2006

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1 giec n print :49 Pagina 29 Review NELLA VALUTAZIONE DELLA FUNZIONE DIASTOLICA IN PAZIENTI AFFETTI DA SCOMPENSO CARDIACO E FIBRILLAZIONE ATRIALE Titolo breve: Scompenso, fibrillazione atriale e funzione diastolica Titolo inglese: Role of Doppler Echocardiography for the evaluation of diastolic function in patients affected by heart failure and atrial fibrillation RIASSUNTO La fibrillazione atriale (F.A.) è una condizione comune nei pazienti con scompenso cardiaco cronico, rappresentando l aritmia sostenuta più frequente. Secondo le linee guida internazionali, nello scompenso cardiaco è opportuno un accurato studio della funzione diastolica ventricolare, indipendentemente dal ritmo di base. Nei pazienti con F.A. la perdita della contrazione atriale, il mancato controllo della frequenza cardiaca, l irregolarità dei cicli cardiaci, associata all elevata variabilità delle condizioni di carico, influenzano sia il flusso transmitralico che quello venoso polmonare. Nonostante ciò, lo studio della diastole e la stima della pressione di incuneamento capillare polmonare (PCWP) possono essere ottenute, in modo abbastanza accurato, anche nei pazienti con scompenso e fibrillazione atriale. Nuovi parametri doppler meno carico-dipendenti sono stati introdotti, e tra questi la velocità di propagazione del flusso mitralico (Vp). Infine, il Doppler tissutale aumenta l accuratezza diagnostica nello studio della diastole anche nei pazienti con fibrillazione atriale. ABSTRACT Atrial fibrillation is a frequent arrhythmia in patients with heart failure. According to the International Guidelines, in patients with Heart Failure is important to obtain a complete study of left ventricular diastolic function. In patients with Atrial Fibrillation the lose of atrial contraction, the variability of ventricular frequency, the variability of R-R intervals, can influence the study of mitral and pulmonary flow. Howewer, the evaluation of wedge capillaries pressure is obtained with a high accuracy also in patients with atrial fibrillation and heart failure. New Doppler parameters, as mitral flow velocity propagation and tissue Doppler velocities, have showed a good accuracy in the evaluation of diastolic parameters in patients with atrial fibrillation.... Indirizzo per la corrispondenza: Scipione Carerj, MD U.O.C. di Emodinamica, Policlinico Universitario G. Martino Via Consolare Valeria, Gazzi Messina Italia Tel Fax Giornale Italiano di Ecografia Cardiovascolare Settembre 2006

2 giec n print :49 Pagina 30 INTRODUZIONE Negli ultimi trenta anni l ecocardiografia Doppler è emersa come un alternativa non invasiva al cateterismo La fibrillazione atriale è una condizione comune nei pazienti con scompenso cardiaco cronico e disfunzione ventricolare sinistra, rappresentando l aritmia cardiaco per la valutazione della funzione ventricolare e di tutte le variabili emodinamiche ad essa connesse sostenuta più frequente. La prevalenza di questa aritmia nei grandi trials clinici varia tra il 13 ed il 50% e risulta correlata alla severità dello scompenso cardiaco 1-7. Studi osservazionali su grandi popolazioni hanno rilevato che l incidenza e la prevalenza DALLA FISIOPATOLOGIA ALLA VALUTAZIONE ECOCARDIOGRAFICA della fibrillazione atriale aumentano parallelamente all incremento dell età e della severità della cardiopatia. Una recente analisi dell Euro Heart Failure Survey, condotto su oltre undicimila pazienti affetti da scompenso cardiaco cronico, ha evidenziato Un esame Doppler ben condotto è in grado di fornire dati tanto accurati quanto quelli ricavati dal cateterismo cardiaco Lo studio di modelli sperimentali di scompenso car- che il 23% presentava fibrillazione atriale 3. diaco 12 ha permesso di dimostrare chiaramente che Attualmente le linee guida delle società scientifiche internazionali indicano l opportunità di sottoporre ad esame ecocardiografico tutti i pazienti con diagnosi sospetta o certa di scompenso cardiaco cronico, al fine di evidenziare eventuali cause correggibili, segni prognostici e valutare l efficacia della terapia instaurata Nonostante ciò, dal 18 al 50% circa dei pazienti ricoverati in ambiente ospedaliero o sottoposti a visita ambulatoriale con diagnosi sospetta o certa di scompenso cardiaco non vengono sottoposti a valutazione della funzione ventricolare. Dei pazienti studiati, inoltre, risulta che circa la metà presentano normale funzione sistolica ventricolare sinistra. In questi pazienti, le anomalie del rilasciamento ventricolare sinistro e quindi la disfunzione diastolica sono solitamente la causa dei sintomi di scompenso cardiaco. Pertanto, la funzione diastolica del ventricolo sinistro ricopre un ruolo rilevante nel produrre i segni ed i sintomi dello scompenso cardiaco cronico anche in assenza di disfunzione sistolica. Data la complessità delle interrelazioni esistenti tra gli eventi che compongono la fase del riempimento ventricolare sinistro, in passato la valutazione della funzione diastolica è stata limitata al laboratorio di emodinamica, dove venivano eseguiti complessi calcoli delle relazioni pressione-volume e determinazioni della velocità di riduzione della pressione endoventricolare su curve pressorie di elevata accuratezza 8. accanto allo sviluppo ed all evoluzione delle diverse forme di cardiopatia, si assiste invariabilmente ad una progressione verso gradi crescenti di disfunzione diastolica ventricolare sinistra. Negli stadi precoci di disfunzione, l alterato rilasciamento del ventricolo sinistro causa, in condizioni di riposo, una riduzione del riempimento diastolico precoce a parità di pressioni di riempimento. Questo effetto si traduce in un iniziale riduzione della velocità dell onda E, in un prolungamento del tempo di decelerazione dell onda E ed in un incremento della percentuale di riempimento ventricolare dovuto alla contrazione atriale (figura 1). Con il progredire dell entità della disfunzione diastolica, la pressione atriale sinistra aumenta, aumentando a sua volta il gradiente pressorio attraverso la valvola mitrale. A questa mutata situazione emodinamica si accompagna un graduale incremento della velocità dell onda E ed una riduzione dell effettivo rilasciamento ventricolare attivo cui consegue un accorciamento del tempo di decelerazione dell onda E. Negli stadi più avanzati della disfunzione gli ulteriori incrementi delle pressioni di riempimento, determinano più alti rapporti E/A e ad ancor più ridotti tempi di decelerazione dell onda E (figura 2). La correlazione tra i diversi pattern velocimetrici del flusso transmitralico e l entità della disfunzione diastolica è in grado di stratificare la prognosi, indipendentemente dal grado di disfunzione sistolica Giornale Italiano di Ecografia Cardiovascolare Settembre 2006

3 giec n print :49 Pagina 31 Fig. 1 (Disfunzione diastolica di 1 grado) Doppler pulsato flussimetrico in paziente con ritmo sinusale. E evidente un rapporto E-A inferiore a 1, ed un tempo di decelerazione dell onda E (DT) = 240 mm/sec. Il 20% circa dei pazienti affetti da scompenso cardiaco cronico presenta fibrillazione atriale In Inoltre, la valutazione seriata non-invasiva delle tale condizione la perdita della contrazione atriale pressioni di riempimento ventricolare sinistro, in da un lato, e del controllo della frequenza cardiaca pazienti con scompenso cardiaco, può svolgere un dall altro, influenza sia il flusso transmitralico che ruolo molto importante anche nel monitoraggio quello venoso polmonare, e la relazione tra le variabili Doppler e la pressione di riempimento ventrico- degli effetti del trattamento attuato. Numerosi studi hanno dimostrato che questo tipo di monitoraggio lare sinistro diventa più complessa. La perdita della può essere effettuato combinando diversi parametri contrazione atriale comporta una profonda alterazione della fase di riempimento ventricolare sinistro ecocardiografici e Doppler Il disegno della mag- che, in questa condizione, dipende esclusivamente dalla fase di rilasciamento attivo. Parallelamente il Doppler flussimetrico transmitralico registra la presenza di un unica onda E monofasica (figura 3). A livello del flusso venoso polmonare si registra la perdita dell onda A reverse e la scomparsa della prima componente (S1) del flusso sistolico anterogrado, quest ultima dovuta alla perdita del rilasciamento attivo atriale sinistro. Oltre a questi effetti sul riempimento ventricolare e atriale sinistro dovuti alla perdita della contrazione atriale, l irregolarità dei cicli cardiaci, associata all elevata variabilità delle condizioni di carico, produce spiccate variazioni battito-battito nelle velocità sia trans-mitraliche che del flusso venoso polmonare. Nonostante tutto, Fig. 2 la valutazione della funzione diastolica ventricolare (Disfunzione diastolica di 3 grado) Doppler pulsato flussimetrico transmitralico in paziente con ritmo sinusale, è evidente rapporto E-A maggiore di 2, ed un tempo di decelerazione capillare polmonare (PCWP) possono essere otte- sinistra e la stima della pressione di incuneamento mitralica (DT) inferiore a 140 mm/sec. nute, in modo abbastanza accurato, anche nei Giornale Italiano di Ecografia Cardiovascolare Settembre gior parte degli studi precedentemente riportati ha comunque previsto l esclusione dei pazienti in fibrillazione atriale, verosimilmente per le difficoltà legate alla spiccata variabilità inter-ciclo dei parametri Doppler. I risultati degli stessi studi e l applicabilità dei parametri presi in esame sarebbe quindi da limitare ai pazienti in ritmo sinusale. Pertanto, è utile analizzare in maniera indipendente le esperienze scientifiche fin qui maturate nello studio ecocardiografico-doppler della funzione diastolica nei pazienti affetti da scompenso cardiaco in fibrillazione atriale. LA DIASTOLE IN CORSO DI FIBRILLAZIONE ATRIALE

4 giec n print :49 Pagina 32 Fig. 3 (Disfunzione diastolica in paziente con fibrillazione atriale) Doppler pulsato flussimetrico mitralico in paziente con fibrillazione atriale. Tempo di decelerazione dell onda E (DT) = 126 mm/sec. Nei pazienti in fibrillazione atriale, gli indici calcolati sulla fase precoce del riempimento ventricolare sinistro, cioè il tempo di rilasciamento isovolumetrico, il tempo di decelerazione, la velocità di decelerazione, e la frazione sistolica del flusso venoso polmonare sono correlate alla PCWP quasi quanto lo sono nei pazienti in ritmo sinusale Temporelli e coll. hanno dimostrato che valori di tempo di decelerazione dell onda E (DT) 120ms sono in grado di predire, con elevata accuratezza (sensibilità 100%; specificità 96%), alti valori di PCWP ( 20mmHg) in pazienti con scompenso cardiaco in fibrillazione atriale 20. Nagueh e coll. 21 hanno dimostrato che il picco di accelerazione dell onda E (PAcc), il tempo di rilasciamento isovolumetrico, il tempo di decelerazione dell onda E ed il rapporto della velocità di E per la velocità di propagazione al color M-mode, del flusso mitralico precoce (E/Vp) sono fortemente correlati alla pressione di riempimento ventricolare sinistra 21. In modo particolare, la velocità di propagazione del flusso mitralico (protodiastolico) dalla base all apice del ventricolo sinistro (Vp), 22 risulta strettamente correlata con la costante di rilasciamento isovolumetrico ventricolare sinistro (τ, tau) 23. In pazienti con alterato rilasciamento ventricolare ed elevata pressione telediastolica, la propagazione del flusso di riempimento diminuisce rapidamente nonostante l aumento della velocità di picco dell onda E al doppler pulsato (figura 4). Conseguentemente, all aumentare della severità dello scompenso cardiaco, aumenta il rapporto E/Vp che può essere un indice più sensibile della velocità di E e della Vp da sole nell identificare elevate pressioni di riempimento ventricolari sinistre. Recentemente Oyama e coll. 24 hanno dimostrato che un valore di cut-off del rapporto E/Vp di 1,7 è in grado di predire con una buona accuratezza la presenza di elevati valori di PCWP (>15mmHg) in pazienti con scompenso cardiaco in fibrillazione atriale 24. Negli ultimi anni il Doppler tissutale è diventato una tecnologia ampiamente diffusa. La velocità del rilasciamento precoce diastolico (Ea) ventricolare pazienti affetti da scompenso cardiaco in fibrillazione atriale. L irregolarità dei cicli cardiaci che caratterizza la fibrillazione atriale produce variazioni battito-battito della contrattilità, del precarico, del post-carico e del grado di rigurgito mitralico che comportano una maggiore variabilità delle misure Doppler rispetto al ritmo sinusale. Per cercare di minimizzare questi limiti i pazienti, da sottoporre a studio Doppler della funzione diastolica, dovrebbero ricevere terapia medica ottimizzata che comprenda anche farmaci in grado di ridurre sufficientemente e di regolarizzare quanto più possibile la frequenza ventricolare. Inoltre, gli intervalli cardiaci più brevi (<600ms) non dovrebbero essere analizzati perché spesso si associano a fusione delle onde di flusso venoso polmonare. L incrementata variabilità osservata in corso di fibrillazione atriale impone che la valutazione dei parametri Doppler ed il calcolo delle loro medie vengano effettuati su un numero di battiti tre volte superiore a quello necessario per i pazienti in ritmo sinusale, cioè tra i 5 e i 10 battiti. E da sottolineare che per ottenere dati clinicamente significativi va applicata una metodologia molto meticolosa cui si devono dedicare importanti risorse di tempo che possono limitare l applicazione di questi parametri nella pratica clinica. sinistro registrata a livello dell annulus mitralico è 32 Giornale Italiano di Ecografia Cardiovascolare Settembre 2006

5 giec n print :49 Pagina 33 Fig.4 Color M-mode in paziente con fibrillazione atriale. Calcolo della velocità di propagazione protodiastolica all interno del ventricolo sinistro. flussimetrico, e l inizio dell onda Ea a livello dell annulus mitralico (T E-Ea ). Come riferimento fisso per la misura degli intervalli di tempo gli autori hanno considerato il picco dell onda R della traccia elettrocardiografica. Data la notevole differenza dei tempi diastolici al variare anche minimo della lunghezza del ciclo cardiaco, solo i cicli con variabilità </= 5 ms sono stati considerati per le misurazioni flussimetriche e tissutali da includere nel calcolo del suddetto parametro. Ai fini della determinazione del TE-Ea, è stata considerata la media degli intervalli di tempo per i quattro segmenti dell annulus mitralico. Dividendo la popolazione dei pazienti con fibrillazione atriale in due sottogruppi in base al valore della PCWP gli autori hanno dimostrato che valori di IVRT/TE-Ea<5,59 sono in grado di identificare i pazienti con PCWP>15mmHg. Sohn e coll. hanno valutato la sensibilità e la specificità della velocità dell onda E in pazienti con fibrillazione atriale non reumatica 30. Essi hanno dimostrato che una velocità dell onda E < 8 cm/s ha una sensibilità del 73% ed una specificità del 100% nell identificare una normale funzione diastolica (tau >/= 50ms). Essi, inoltre, hanno dimostrato che un rapporto E/E1 >/= 11 si associa in questi pazienti a una pressione telediastolica >/= 15 mm Hg con una sensibilità del 75% ed una specificità del 93% 30. L applicazione dello Strain Rate Imaging (SRI) allo studio della diastole ventricolare ha messo in evidenza nuovi concetti fisiologici e fisiopatologici. Dall analisi della curva protodiatolica (SRe) e telediastolica (SRa) di SR è emerso che, nei soggetti con funzione diastolica normale (valutata mediante i metodi tradizionali), le componenti SRe e SRa dei segmenti apicali risultano ritardate rispetto a quelle dei segmenti medi e basali. Durante la diastole quindi, le due fasi diastoliche procedono temporalmente in senso base-apice con un ritardo misurabile Nei soggetti con disfunzione diastolica, si osserva un incremento del ritardo in senso base-apice sia per la componente SRe che SRa, che correla con la riduzione della velocità Em dell annulus mitralico 31. Benchè i dati ottenuti sino ad oggi, si riferiscano a pazienti in ritmo sinusale, è ipotizzabile che lo SRI risultata essere una misura, relativamente indipendente dalle condizioni di carico, della capacità di rilasciamento miocardico in pazienti con cardiopatia strutturale Crescenti evidenze scientifiche supportano l idea che l associazione dei parametri Doppler flussimetrici e tissutali possa aumentare l accuratezza diagnostica nello studio della funzione diastolica del ventricolo sinistro nei pazienti in ritmo sinusale Il rapporto delle velocità diastoliche precoci registrate a livello transmitralico, con il Doppler pulsato, ed a livello del segmento laterale dell annulus mitralico, con il Doppler tissutale (E/Ea), è risultato positivamente correlato alla pressione di riempimento del ventricolo sinistro misurata invasivamente. Valori di E/Ea>15 sono risultati predittivi (sensibilità 92%, specificità 90%) di elevate PCWP (>15mmHg) in pazienti con disfunzione sistolica in ritmo sinusale 29. Recentemente Nagueh e coll. 28 hanno valutato la capacità di diversi parametri Doppler flussimetrici e tissutali nel predire i valori di pressione atriale sinistra in pazienti con valvulopatia mitralica 28. Dei 51 pazienti studiati 13 presentavano fibrillazione atriale. In questi pazienti il parametro più significativamente correlato alla PCWP è risultato il rapporto tra il tempo di rilasciamento isovolumetrico ventricolare sinistro (IVRT) e la differenza temporale tra l inizio dell onda E, registrata a livello transmitralico con metodo possa essere di aiuto nella valutazione della funzione Giornale Italiano di Ecografia Cardiovascolare Settembre

6 giec n print :49 Pagina 34 diastolica nei pazienti in F.A., potendo anche permettere di svelare gradi di disfunzione diastolica non identificabili con i metodi di studio tradizionali. CONSIDERAZIONI FINALI L ecocardiografia Doppler è ad oggi riconosciuta come uno strumento affidabile e riproducibile per la valutazione della funzione diastolica in presenza di differenti cardiopatie. Numerosi studi hanno ormai chiaramente dimostrato che la pressione di riempimento ventricolare sinistra e la PCWP media possono essere stimate con lo studio di variabili flussimetriche mitraliche e venose polmonari. In modo particolare, un eccellente correlazione inversa è stata trovata tra il DT e la PCWP in pazienti con severa disfunzione sistolica ventricolare sinistra sia in ritmo sinusale che in fibrillazione atriale. Nonostante ciò, l elevata variabilità delle condizioni emodinamiche in corso di fibrillazione atriale, impone l utilizzo di parametri Doppler che siano meno dipendenti dalle condizioni di carico. La combinazione di parametri flussimetrici con parametri differenti derivati dall analisi del flusso transmitralico con il Color M-mode o dall analisi Doppler tissutale e dalle tecniche da esso derivate, potrebbe essere di grande utilità in questo particolare contesto clinico. Ulteriori studi sono, comunque, necessari per valutare, con rigore scientifico, la capacità dei nuovi parametri. B I B L I O G R A F I A 1. Effects of Enalapril on mortality in severe congestive heart failure. Results of the Cooperative North Scandinavian Enalapril Survival Study (CONSENSUS). The CONSENSUS Trial Study Group. N Engl J Med 1987;316: Kannel WB, Belanger AJ. Epidemiology of heart failure. Am Heart J 1991;121: Cleland JG, Swedberg K, Follath F et al. The EuroHeart Failure survey programme-a survey on the quality of care among patients with heart failure in Europe. Part 1: patient characteristics and diagnosis. Eur Heart J 2003;24: The Task Force for the Diagnosis and Treatment of Chronic Heart Failure of the European Society of Cardiology. Guidelines for the diagnosis and treatment of chronic heart failure: executive summary (update 2005). Eur Heart J 2005;26: Hunt SA, Abraham WT, Chin MH et al. ACC/AHA guideline update for the diagnosis and management of chronic heart failure in the adult Summary article. Circulation 2005 (in press). 6. Lenzen MJ, Scholte op Reimer WJM, Boersma E et al. Differences between patients with a preservend and a depressed left ventricular function: a report from the EuroHeart Failure Survey. Eur Heart J 2004;25: Cleland JGF, Cohen-Solal A, Cosin Aguilar J et al. Management of heart failure in primary care (the IMPROVE- MENT of Heart Failure Programme): an international survey. Lancet 2002;360: Mirsky I. Assessment of diastolic function: suggested methods and future considerations. Circulation 1984;69: Nishimura RA, Tajik AJ. Quantitative hemodinamics by Doppler echocardiography: a noninvasive alternative to cardiac catheterization. Prog Cardiovasc Dis 1994;36: Oh JK. Echocardiography as a noninvasive Swan-Ganz catheter. Circulation 2005;111: DeMaria AN, Wisenbaugh T. Identification and treatment of diastolic dysfunction: role of transmitral Doppler recordings. J Am Coll Cardiol 1987;9: Ohno M, Cheng CP, Little WC. Mechanism of altered filling patterns of left ventricular filling during the development of congestive heart failure. Circulation 1994;89: Rihal CS, Nishimura RA, Hatle LK, Bailey KR, Tajik AJ. Systolic and diastolic dysfunction in patients with clinical diagnosis of dilated cardiomyopathy: relation to symptoms and prognosis. Circulation 1994;90: Xie GY, Berk MR, Smith MD, Gurley JC, De Maria AN. Prognostic value of Doppler transmitral flow patterns in patients with congestive heart failure. J Am Coll Cardiol 1994;24: Pozzoli M, Capomolla S, Opasich C, et al. Left ventricular filling pattern and pulmonary wedge pressure are closely related in patients with recent anterior myocardial infarction and left ventricular dysfunction. Eur Heart J 1992;13: Kopecky SI, Gersh BJ, McGoon MD, et al. The natural histo- 34 Giornale Italiano di Ecografia Cardiovascolare Settembre 2006

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