L uso della cardiometria ad impedenza (T.E.B.) nella fisiologia e f=70 khz

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1 L uso della cardiometria ad impedenza (T.E.B.) nella fisiologia e f=70 khz fisiopatologia cardiocircolatoria applicata all esercizio fisico: l esperienza del nostro gruppo Sardegna Ricerche (Pula) 22 Giugno 2007 Antonio Crisafulli

2 I applicazione Fisiologia dell esercizio: gli aggiustamenti cardiocircolatori durante e dopo sforzo

3 PC (ml/min) Durante esercizio fisico vi è un aumento del fabbisogno di ossigeno nei muscoli che è soddisfatto dal parallelo incremento della Portata Cardiaca VO 2 (ml/min)

4 PC= GSxFC L incremento della portata cardiaca può avvenire per un aumento: della frequenza cardiaca (FC) della gittata sistolica (GS)

5 FC (bpm) La misura della frequenza cardiaca è relativamente semplice sedentario riposo allenato VO 2 (ml/min)

6 GS (ml) La misura della gettata sistolica è più complessa, ma fornisce utili indicazioni sullo stato di allenamento del soggetto 200 allenato 100 sedentario 0 riposo % of VO 2 max

7 Principali metodiche non invasive utilizzate per la determinazione della Gettata Sistolica Rebreathing: C 2 H 2, CO 2 Doppler-ecocardiografia Scintigrafia radionuclidica Cardiometria ad impedenza

8 Vantaggi nell uso della cardiometria ad impedenza durante esercizio Non invasiva Economica Permette l analisi battito per battito

9 Limiti nell uso della cardiometria ad impedenza durante esercizio Il movimento degli arti e del torace e la respirazione possono determinare la comparsa di artefatti In questo caso l analisi deve essere effettuata da un operatore esperto

10 Calcolo della Gettata Sistolica tramite l equazione di Sramek-Bernstein SV= L 3 (VET EVI) Zo 4,25 EVI L TD

11 Channel 3 (V) Channel 2 (V) Channel 1 (V) Esempio di tracciato impedenziometrico a riposo Chart Window 4 2 ECG (mv) Z 0 (ohm) F A dz/dt (ohm sec -1 ) B D C E

12 Esempio di artefatti generati dal movimento (da: Crisafulli et al. Hemodynamics during active and passive recovery from a single bout of supramaximal exercise. Eur. J. Appl. Physiol. 89: , 2003).

13 SV (ml) CO (l min -1 ) BLa (mmol l -1 ) BLa (mmol l -1 ) Con opportuni accorgimenti la cardiometria ad impedenza permette di misurare le gettate sistolica e cardiaca durante sforzo Workload (% of W max ) Workload (% of W max ) Da Crisafulli et al. Detection of lactate threshold by including haemodynamic and oxygen extraction data. Physiol. Meas. 27: 85-97, 2006

14 BLa (mmol l -1 ) Un ulteriore parametro misurabile è l estrazione di Ossigeno (VO 2 /CO) A-V O2 Diff (ml ml -1 ) Workload (% of W max ) Da Crisafulli et al. Detection of lactate threshold by including haemodynamic and oxygen extraction data. Physiol. Meas. 27: 85-97, 2006

15 Influenza delle modalità di recupero sulla gettata sistolica dopo sforzo sovramassimale Da Crisafulli et al. Hemodynamics during active and passive recovery from a single bout of supramaximal exercise. Eur. J. Appl. Physiol. 89: , 2003

16 Influenza delle modalità di recupero sulla gettata sistolica dopo sforzi sovramassimali ripetuti SV (ml) 60 rest warm up recovery between bouts recovery after bouts time (min) Da Crisafulli et al. Hemodynamic responses following intermittent supramaximal exercise in athletes. Exp Physiol 89: , 2004.

17 Comportamento della gettata sistolica dopo sforzi di diversa intensità Da Crisafulli et al. Effect of differences in post-exercise lactate accumulation in athletes hemodynamics. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 31: , 2006.

18 Comportamento dello Z 0 dopo sforzi di diversa intensità Da Crisafulli et al. Effect of differences in post-exercise lactate accumulation in athletes hemodynamics. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 31: , 2006.

19 II applicazione Studio dei riflessi cardiocircolatori di origine muscolare: i metaboriflessi, aspetti fisiologici e fisiopatologici

20 Metaboriflessi Risposta cardiocircolatoria determinata dall attivazione dei metaborecettori muscolari (fibre nervose lente del III e IV gruppo) ad opera dei prodotti finali del metabolismo muscolare (ad es. idrogenioni, acido lattico, adenosina etc.). La risposta si attua mediante una modulazione della frequenza cardiaca, della contrattilità miocardica, del precarico ventricolare, delle resistenze vascolari sistemiche

21 SV (% of rest) Risposta della gettata sistolica durante stimolazione dei metaboriflessi 120 exercise recovery * * 110 arm circulatory occlusion rest Time (min) Da: Crisafulli et al. Muscle metaboreflex-induced increases in stroke volume. Med. Sci. Sports Exerc. 2003, 35:

22 SV (% of rest) Gettata sistolica durante attivazione dei metaboriflessi nel post-esercizio dopo carichi lavorativi di differente intensità 140 leg circulatory occlusion rest 90 ex 5 r 1 r 2 r 3 r 4 r 5 r 6 time (minutes) Da: Crisafulli et al. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 291: , 2006

23 SV (% of rest) Effetti dell attivazione dei metaboriflessi sulla Gittata Sistolica in soggetti con insufficienza cardiaca 120 HF CTL * * 80 rest * exercise rec. 3 rec. 6 rest exercise rec. 3 rec. 6 Da Crisafulli et al. Impaired central hemodynamic response during muscle metaboreflex activation in heart failure patient. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 292: , 2007

24 CO (% of rest) Effetti dell attivazione dei metaboriflessi sulla Gittata Cardiaca in soggetti con insufficienza cardiaca HF CTL * * * rest exercise rec. 3 rec. 6 rest exercise rec. 3 rec. 6 Da Crisafulli et al. Impaired central hemodynamic response during muscle metaboreflex activation in heart failure patient. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 292: , 2007

25 SVR (% of rest) Effetti dell attivazione dei metaboriflessi sulle resistenze vascolari periferiche in soggetti con insufficienza cardiaca HF CTL * * * rest exercise rec. 3 rec. 6 rest exercise rec. 3 rec. 6 Da Crisafulli et al. Impaired central hemodynamic response during muscle metaboreflex activation in heart failure patient. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 292: , 2007

26 Conclusioni Nel soggetto affetto da insufficienza cardiaca vi è una impossibilità ad incrementare la performance cardiaca con conseguente incapacità ad aumentare la gittata sistolica in risposta ai metaboriflessi durante esercizio Come tentativo di compenso si instaura un aumento delle resistenze vascolari periferiche e vasocostrizione con conseguente ipoperfusione muscolare che ulteriormente peggiora il quadro emodinamico

27 III applicazione Studio sugli effetti emodinamici del precondizionamento ischemico e farmacologico su soggetti anginosi e controlli

28 Precondizionamento ischemico Il miocardio che ha subito un breve episodio di ischemia sub-letale risponde in modo meno drammatico ad una successiva ischemia in grado di provocare l infarto Tale fenomeno è accompagnato anche da una riduzione dello stunning post-ischemico Alcuni farmaci (per es. nitroglicerina) sono in grado di indurre tale protezione direttamente, cioè senza bisogno dell ischemia subletale

29 Scopo dello studio Il precondizionamento ischemico migliora la performance cardiaca durante sforzo nei soggetti anginosi? Se si, su quali parametri agisce: migliora la contrattilità? Incrementa la gittata sistolica? Il precondizionamento farmacologico induce miglioramenti emodinamici simili al PI?

30 Gettata sistolica massima ANG group CON group 120 SVpeak (% of BAS) BAS FWOP SWOP PI-SWOP Da Crisafulli et al. Exercise-induced and nitroglycerin-induced myocardial preconditioning improves hemodynamics in patients with angina. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 287: , 2004

31 Conclusioni Il Precondizionamento Ischemico si è dimostrato in grado di migliorare la performance cardiocircolatoria dei soggetti anginosi oltre che la loro capacità di compiere un esercizio senza sintoni e segni di ischemia. I nitrati possono mimare gli effetti del precondizionamento ischemico sulla performance cardiocircolatoria dei soggetti anginosi

32 IV applicazione Studio sugli adattamenti emodinamici durante esercizio in soggetti con Beta Talassemia Major in comparazione con controlli sani

33 beats/min Valori di Frequenza cardiaca massima raggiunti nei due gruppi in studio 200 f Con Thal Maximal achieved HR Da Tocco F. et al. Exercise Capacity and Cardiovascular Changes in Patients with -Thalassemia Major. Clin. Physiol. Funct. Imaging 26: , 2006

34 Valori di Gettata Sistolica massima raggiunti nei due gruppi in studio 60 a ml/m Con Thal Maximal achieved SI Da Tocco F. et al. Exercise Capacity and Cardiovascular Changes in Patients with -Thalassemia Major. Clin. Physiol. Funct. Imaging 26: , 2006

35 Valori di Gettata Cardiaca massima raggiunti nei due gruppi in studio b l/min m Con Thal Maximal achieved CI Da Tocco F. et al. Exercise Capacity and Cardiovascular Changes in Patients with -Thalassemia Major. Clin. Physiol. Funct. Imaging 26: , 2006

36 % Valori di Estrazione di Ossigeno massimo raggiunti nei due gruppi in studio 100 c 75 * Con Thal Maximal achieved O 2 ER Da Tocco F. et al. Exercise Capacity and Cardiovascular Changes in Patients with -Thalassemia Major. Clin. Physiol. Funct. Imaging 26: , 2006

37 V applicazione Case reports in due situazioni particolari: la sincope nel post-esercizio il blocco atrio-ventricolare di III grado durante sforzo

38 Età: 18 sesso: maschile sport: hockey su prato Caso clinico n 1 la sincope nel post-esercizio anamnesi ed esame obiettivo negativi per patologie cardiocircolatorie idoneo all attività sportiva agonistica nelle precedenti visite ECG basale e durante lo sforzo (cicloergometro protocollo 20W/min) normali valori massimi raggiunti: HR 169 bpm, PA 210/85mmHg, PC 29,8 L/min, VO 2 max 3.25 L/min, W max 220

39 ECG durante sincope dopo prova da sforzo Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a postexertional asystolia in a healthy athlete: a case study. Med. Sci. Sport Exerc., 2000, 32 (1), 4-9.

40 bpm Andamento della frequenza cardiaca durante la sincope AR PR prea A posta seconds from the end of exercise Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a postexertional asystolia in a healthy athlete: a case study. Med. Sci. Sport Exerc., 2000, 32 (1), 4-9.

41 Andamento del flusso diastolico durante la sincope ml*sec AR PR prea A posta seconds from the end of exercise Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a postexertional asystolia in a healthy athlete: a case study. Med. Sci. Sport Exerc., 2000, 32 (1), 4-9.

42 Considerazioni: Med. Sci. Sport Exer., 2000, 32 (1), 4-9. una riduzione del flusso diastolico, durante una stimolazione inotropica, può attivare i meccanocettori ventricolari e scatenare una reazione vagale che determina una riduzione della frequenza cardiaca. Tale fenomeno è finalizzato a mantenere costante il riempimento cardiaco e la gettata cardiaca ed ad evitare danni miocardici dovuti ad una eccessiva contrattilità di parete. Crisafulli A., Melis F., Orrù V., Lener R., Lai C., Concu A.

43 Caso clinico n 2 blocco atrio-ventricolare completo durante sforzo Età: 19 sesso: maschile sport: calcio anamnesi familiare negativa per patologie cardiocircolatorie anamnesi personale: negativa per problemi cardiocircolatori; esame obiettivo: soffio protomesosistolico 2/6 sulla base ECG basale: bradicardia sinusale (53 bpm), ritardo di attivazione ventricolare dx protocollo prova da sforzo (cicloergometro): 20 W/min

44 Derivazione avf durante 120 W P P P P P P Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a complete exercise-induced atrio-ventricular block. Br. J. Sports Med.., 36: 69-70, 2002.

45 Gettata cardiaca, gettata sistolica e frequenza cardiaca Cardiac Output (ml*min -1 ) (left Y axis) Stroke Volume (ml) (right Y axis) Heart Rate (bpm) (right Y axis) rest R II R IV R VI workload (w) 0

46 CO/W (ml*w -1 *min -1 ) Andamento del parametro CO/W durante prova da sforzo in 5 soggetti sani ed in un caso di blocco A-V Normal subjects A-V Block 0 20% 40% 60% 80% 100% workload (% of maximum)

47 Andamento dell indice della gittata sistolica durante prova da sforzo in 5 soggetti sani ed in un caso di blocco A-V stroke index (ml*bsa -1 ) A-V Block Normal subjects 0 rest 20% 40% 60% 80% 100% R I R II R III R IV R V workload (% of maximum) Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a complete exercise-induced atrio-ventricular block. Br. J. Sports Med.., 36: 69-70, 2002.

48 Considerazioni: Il mancato incremento della Frequenza Cardiaca è stato compensato da un incremento della Gettata Sistolica tale da determinare normali valori di Portata Cardiaca durante tutto l esercizio. Ciò spiega l assenza di sintomi imputabili a bassa portata e la normale tolleranza del soggetto allo sforzo (VO 2 max 38 ml/kg). Crisafulli A. Melis F. Orrù V. Lai A.C. Lai C. Concu A. Br. J. Sport Med. 2002

49 Conclusioni L uso della cardiometria ad impedenza è di utilità nello studio della fisiologia e della fisiopatologia cardiocircolatoria applicata all esercizio fisico Ulteriori sviluppi si attendono dalla creazione di software in grado di eliminare gli artefatti generati dai movimenti degli arti e del torace e dalla miniaturizzazione degli apparecchi