TEST CARDIOPOLMONARE DA SFORZO

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1 TEST CARDIOPOLMONARE DA SFORZO Mario Caputi Ordinario di Malattie Respiratorie Dipartimento di Scienze Cardiotoraciche e Respiratorie: Sezione di Malattie, Fisiopatologia e Riabilitazione Respiratoria

2 ERGOSPIROMETRIA O CARDIOPULMONARY EXERCISE TEST (CPET) Il test da sforzo cardio-polmonare è una metodica relativamente non invasiva che fornisce una valutazione delle risposte integrate dei seguenti organi ed apparati: Apparato respiratorio Apparato cardiovascolare Apparato muscoloscheletrico emopoietico neuro-psicologico Il CPET viene utilizzato in quanto i test funzionali cardiaci e polmonari a riposo non predicono e non correlano con la capacità di esercizio di un individuo

3 INDICAZIONI AL CPET Valutazione della tolleranza all esercizio e determinazione del grado di impairment funzionale (VO2 di picco) Determinazione dei fattori limitanti l esercizio Sintomi sproporzionati al grado di compromissione mostrato dalle prove funzionali cardiache e respiratorie a riposo (es: diagnosi di origine della dispnea) Determinazione della magnitudo della ipossiemia ai fini di una corretta prescrizione dell O2 terapia Valutazione pre-operatoria per LVRS e per il trapianto polmonare Corretta prescrizione dell esercizio in riabilitazione cardica e respiratoria

4 CONTROINDICAZIONI ASSOLUTE al CPET Recente infarto del miocardio Aritmia non controllata e sintomatica Endocardite, miocardite e pericardite Angina instabile Insufficienza cardiaca scompensata Sospetto aneurisma dissecante Stenosi aortica severa Affezioni acute in atto che possono compromettere l esercizio o essere aggravate dall esercizio (infezioni, insufficienza renale, tireotossicosi etc.) Trombosi venosa arti inferiori Embolia o infarto polmonare in fase acuta Asma non controllato Edema polmonare Desaturazione a riposo <85% Insufficienza respiratoria

5 CONTROIDICAZIONI RELATIVE al CPET Stenosi dell arteria coronarica sinistra o suo equivalente Stenosi valvolare cardiaca moderata Alterazioni elettrolitiche Ipertensione arteriosa severa non controllata Ipertensione polmonare significativa Tachiaritmie e bradiaritmie Cardiomiopatia ipertrofica Blocco atrioventricolare di grado elevato Gravidanza complicata o avanzata Alterazioni ortopediche che compromettono lo svolgimento dell esercizio

6 CPET Esistono due tipi di CPET, il test incrementale massimale (o submassimale) e il test a carico costante I test possono essere condotti con l ausilio di un cicloergometro (da preferire) o di un treadmill L analisi dei gas espirati va eseguita preferibilmente con un sistema breath by breath e con l ausilio di un computer appositamente dedicato Il test incrementale massimale va eseguito preferibilmente con la metodica a rampa in modo da incrementare il carico di lavoro in maniera più fisiologica L analisi dei gas ematici prevede l inserimento di un catetere arterioso; alternative sono la misura della SaO2 o EGA seriali

7 TEST MASSIMALE INCREMENTALE dopo alcuni minuti di riposo 2 minuti di riscaldamento (pedalata senza carico) incremento del carico di lavoro ogni minuto (test a rampa) fino a raggiungere la massima tollerabilità dell individuo (incapacità a mantenere la pedalata a rpm) il recupero avviene in un tempo variabile tra 2 e 6 minuti la durata ottimale del test deve essere intorno a 8-12 minuti l incremento del carico di lavoro viene scelto sull età e sul grado presunto di allenamento nei pazienti con dispnea da sforzo si utilizzano incrementi tra 5 e 15 W/min al termine, si valutano i sintomi che hanno determinato la fine dell esercizio (es: scala di Borg per la fatica muscolare e la dispnea)

8 TEST A CARICO COSTANTE permette una analisi dettagliata della: cinetica della ventilazione degli scambi gassosi nei soggetti normali e nei pazienti con malattie cardiovascolari e polmonari permettendo una validazione di dati ottenuti precedentemente in un test incrementale permette una analisi dettagliata delle curve flusso-volume sotto sforzo per la valutazione della iperinflazione dinamica nella BPCO

9 TEST A CARICO COSTANTE la durata dell esercizio è di solito di 6 minuti in pazienti con malattie respiratorie croniche e risposta ventilatoria rallentata può essere allungata a 8-10 minuti il carico di lavoro influenza la risposta cardiovascolare e ventilatoria allo sforzo in genere si utilizzano carichi tra il 50 e il 70% del massimo carico sostenuto durante un test incrementale precedente per carichi di lavoro moderati, in assenza di aumento sensibile del lattato arterioso, si assiste al raggiungimento di uno stato di steady state delle variabili cardiovascolari e ventilatorie dopo alcuni minuti tali carichi possono essere sostenuti per periodi prolungati di tempo

10 ANALISI DEI DATI Numerica Grafica Solo una attenta valutazione dei dati numerici e simultaneamente dei grafici ci indicano come un dato parametro si modifica nel corso del test e ci permette di giungere ad una corretta interpretazione I dati numerici vengono comunemente confrontati con valori di riferimento di una popolazione generale sedentaria L ATS ha fortemente raccomandato l uso di almeno nove grafici per una corretta interpretazione dell andamento dei vari parametri in corso di TSCP

11 I PARAMETRI VALUTABILI CON IL CPET SONO: Determinazione non invasiva Determinazione invasiva Lavoro Work rate Risposta Metabolica VO2, VCO2, RER, SOGLIA ANAEROBICA (AT) Lattato Risposta Cardiovascolare HR, ECG, BP, polso di O2 Risposta Ventilatoria VE, Vt, FR, Riserva respiratoria Scambi Gassosi Equilibrio acido-base SaO2, VE/VCO2, VE/VO2 PaO2, P(A-a)O2 PETO2, PETCO2, Vd/Vt ph, PaCO2, HCO3- Sintomi dispnea, fatica, dolore toracico

12 WORK RATE Relazione tra consumo di O2 e lavoro svolto (VO2-WR). Esprime l incremento di VO2 per carico lavorativo (watt) svolto durante un test incrementale con step ogni minuto o con modalità a rampa. (N.B. protocolli di esercizio con incrementi lavorativi superiori e prolungati determinano brusche variazioni del VO2, rendendo meno chiara la relazione VO2 WR). La pendenza della relazione VO2-WR esprime l efficienza lavorativa aerobica. Nei soggetti sani, l andamento del VO2 per incremento di carico sviluppato è definito dalla seguente relazione: Work rate = (VO2 picco VO2 al termine della fase di riscaldamento) / Watt per minuti moltiplicato (durata dell esercizio 0.75). Dove 0.75 è un fattore di correzione che considera il ritardo fra l inizio del lavoro e l esordio della relazione lineare VO2 WR. Il valore ottenuto è di 10.2 ml di O2 / min / Watt. Superata la soglia anaerobica, soprattutto nel soggetto sano, si assiste ad un incremento della pendenza di VO2 WR dovuto al maggior coinvolgimento muscolare periferico, al reclutamento dei muscoli respiratori accessori, impegnati ad elevati livelli di ventilazione, e alla conversione metabolica di acido lattico in glicogeno, attraverso il ciclo di Cori. In definitiva, la pendenza della relazione VO2 WR dipende dal tipo di esame, dalla sua durata e dalla condizione fisica del paziente.

13 CONSUMO DI O2 (VO2) Esprime la quantità di O2 consumata dal soggetto. A riposo un soggetto sano ha un consumo di circa L/min o di circa ml /min/kg. Durante lo sforzo il VO2 può superare i 4 L/min. CONSUMO MASSIMO DI O2 (VO2Max) Esprime il massimo conumo di O2 raggiunto durante esercizio affaticante che coinvolge ampie masse muscolari. Il VO2max viene raggiunto quando il consumo di O2 non aumenta (plateau), nonostante la prosecuzione dello sforzo. Il VO2Max viene generalmente raggiunto nel soggetto sano, soprattutto se allenato, cosa che invece non si verifica nel soggetto decondizionato, nei pazienti cardiopatici e in quelli pneumopatici a causa della precoce comparsa di sintomi o per la concomitanza presenza di problemi muscolari o osteoarticolari. VO2 picco Esprime il consumo di O2 misurato al picco dello sforzo in assenza di una fase di plateau. La mancata determinazione del VO2Max non esclude che il test sia massimale, soprattutto se il paziente appare esausto, se la frequenza cardiaca e la ventilazione al picco dell esercizio sono massimali o quasi, se il quoziente respiratorio (VCO2/VO2 è superiore a 1.1. Talora il VO2 picco è più elevato nei secondi immediatamente successivi all interruzione dello sforzo

14 VCO2 Esprime la quantità di CO2 prodotta ed è espressione diretta dello stato metabolico. La VCO2 nell persona sana a riposo è di circa 0:20 L/min. Nell individuo allenato può raggiungere i 4 L/min a livelli dello sforzo massimale.

15 QUOZIENTE RESPIRATORIO (RQ o RER) Il rapporto VCO2/VO2 è conosciuto con il termine di quoziente respiratorio (RQ) o respiratory exchange ratio (RER) quando questo rapporto è misurato tramite i gas espirati. Misurato in condizioni di steady state è un indice piuttosto grossolano del tipo di nutrienti prevalentemente utilizzati; un RQ= 1 indica prevalentemente il catabolismo di carboidrati; RQ=0.7 indica una mistura di carboidrati e lipidi; RQ=0.8 indica una mistura di carboidrati e proteine. Durante test incrementale il raggiungimento di un RQ> è indice di un grado di sforzo massimale.

16 POLSO DI O2 (O2 PULSE) Il rapporto VO2/HR è detto polso di O2 e riflette il consumo di O2 per ogni battito cardiaco; nel soggetto normale esso è utilizzato come stima di massima dello stroke volume (gittata cardiaca); nel soggetto normale il polso di O2 aumenta in maniera lineare per bassi carichi di lavoro e tende a formare un plateau ai carichi di lavoro più alti (normale limite cardiovascolare allo sforzo). I alcuni pazienti come quelli con BPCO il polso di O2 ha in genere un valore basso poiché il paziente presenta un limite ventilatorio allo sforzo anche se nei pazienti con malattia lieve esso può risultare nei limiti della norma. In realtà più che valutare il valore assoluto è importante seguire l andamento grafico del polso di O2; infatti un valore basso con un plateau precoce può indicare una compromissione della circolazione polmonare soprattutto se associata a desaturazione sotto sforzo.

17 SOGLIA ANAEROBICA (AT) Esprime il livello di sforzo o di consumo di O2 oltre il quale si evidenzia un incremento ematico di acido lattico con passaggio dal metabolismo aerobico a quello anaerobico. Essa può essere identificata in modo invasivo, mediante il monitoraggio dell acido lattico e/o dei bicarbonati standard su sangue arterioso, venoso e venoso misto, o non invasivo. DETERMINAZIONE NON INVASIVA Il metodo convenzionale per l identificazione non invasiva della soglia anaerobica si avvale dell analisi simultanea degli equivalenti ventilatori per l ossigeno (VE/VCO2) e per l anidride carbonica (VE/VCO2), del quoziente respiratorio (VCO2/VO2) e della pressione di fine respiro per l ossigeno (PET O2) e l anidride carbonica (PET CO2) durante esercizio.

18 La comparsa della soglia anaerobica si definisce quando la risposta iperventilatoria conseguente all incremento di produzione di CO2 si accompagna a un aumento di VE/VO2 e PETO2in assenza di variazione di VE/VCO2 e di PET CO2 in quanto l andamento della VE è consensuale a quello del VCO2: questa è la fase isocapnica dell esercizio in cui l acidosi respiratoria non si è ancora sviluppata. Successivamente, la prosecuzione dell esercizio e il derivante incremento della lattacidemia determinano un ulteriore aumento della VE, sproporzionato rispetto alla VCO2, che caratterizza un incremento del VE/VCO2 e un calo del PETCO2: a ciò corrisponde una VCO2 in eccesso rispetto al VO2, e il conseguimento di un quoziente respiratorio (VCO2/VO2) superiore a 1.

19 Il metodo precedentemente descritto, si basa sulla risposta ventilatoria conseguente all incremento della VCO2. Siccome tale risposta può essere alterata in presenza di disturbi del controllo del respiro e/o di patologie meccaniche polmonari, è stato introdotto un metodo alternativo definito metodo V-slope Utilizza l andamento del VCO2 e la sua relazione con il VO2 Al di sotto della soglia anaerobica esiste una relazione lineare fra VCO2 e VO2 mentre, superata la sogli anaerobica, l incremento della lattacidemia determina un addizionale VCO2 con conseguente variazione della pendenza della relazione VCO2-VO2 Il metodo V-slope esige il campionamento breath by breath. VCO VO2 La pendenza della relazione VCO2 VO2, prima della soglia anaerobica è uguale a 1 e corrisponde ad una retta parallela (linea di identità) all ipotenusa di un triangolo isoscele, raggiunta la soglia anaerobica, la relazione VCO2 VO2 si discosta dalla linea di identità e il VO2 corrispondente al punto di flessione rappresenta il valore della soglia anaerobica ventilatoria (SAV).

20 VENTILAZIONE MINUTO (VE) Esprime il volume totale di gas espirato al minuto. Un soggetto normale respira da 5 a 10 L/min a riposo. Durante lo sforzo questo valore può superare i 100 L/min e può raggiungere i 200 L/min nel soggetto allenato. VOLUME TIDAL (Vt) Esprime il volume di aria mobilizzato per ogni atto respiratorio ed è pari a 500 ml FREQUENZA RESPIRATORIA (FR) Numeri di atti respiratori in un minuto VENTILAZIONE MINUTO (VE) Esprime il volume totale di gas espirato al minuto. Un soggetto normale respira da 5 a 10b L/min a riposo. Durante lo sforzo questo valoe può superare i 100 L/min e può aggiungere i 200 L/min nel soggetto allenato

21 EQUIVALENTE VENTILATORIO PER LA CO2 (VE/VCO2) Esprime il rapporto tra i litri di ventilazione e i litri di CO2 prodotti al minuto ed è calcolato dividendo la VE per la CO2. Nelle perone sane il rapporo varia da 25 a 35 litri/litri di VCO2. EQUIVALENTE VENTILATORIO PER L O2 (VE/VO2) Esprime il rapporto tra i litri di ventilazione e i litri di O2 consumai al minuto ed è calcolato dividendo la VE per il O2. Nelle persone sane il rapporto rimane compreso nell intervallo da 20 a 30 litri/litro di O2 fino a che non sono stati raggiunti i più alti livelli di lavoro. Quando si oltrepassa la soglia anaerobica, per pareggiare la maggiore produzione di CO2 si ha anche un aumento dell equivalente ventilatorio per l O2.

22 PETCO2 Esprime la pressione di CO2 di fine espirazione misurata alla bocca e può essere considerata nel soggetto normale uguale alla pressione parziale alveolare media di CO2 (PACO2) e alla pressione arteriosa di CO2 (PaCO2). Nel soggetto normale la PaCO2 e la PETCO2 presentano un gradiente che oscilla tra 1 e 5. PETO2 Esprime la pressione di O2 nell aria di fine espirazione misurata alla bocca

23 RAPPORTO VENTILAZIONE SPAZIO MORTO E VOLUME CORRENTE (Vd/Vt) Esprime il rapporto tra la ventilazione dello spazio morto e il volume Tidal. Nel soggetto adulto il rapporto varia tra Insieme alla differenza di pressione parziale di O2 alveolare e arteriosa (PA-aO2) e quella di CO2 arteriosa e di fine espirazione (Pa-PETCO2) sono utilizzati nella valutazione del rapporto ventilazione-perfusione polmonare in esercizio e quindi contribuiscono a definire il ruolo delle patologie respiratorie vascolari e interstiziali nella genesi della limitazione funzionale o nella comparsa di sintomi. I limiti di questi parametri sono legati alla difficoltà di misurazione, che attualmente non può prescindere dalla determinazione invasiva delle pressioni parziali di O2 e di CO2 e dalla necessità di una stabilità metabolica in esercizio.

24 RELAZIONE CONSUMO DI O2 E LAVORO SVOLTO (VO2-WR) Esprime l incremento di VO2 per carico lavorativo (watt) svolto durante un test incrementale con step ogni minuto o con modalità a rampa. Protocolli di esercizio con incrementi lavorativi superiori e prolungati determinano brusche variazioni del VO2, rendendo meno chiara la relazione VO2-WR. La pendenza della relazione VO2-WR esprime l efficienza lavorativa aerobica. In soggetti sani, l andamento di VO2 per incremento di carico sviluppato è definito dalla seguente relazione: VO2-WR = (VO2 picco VO2 al termine della fase di riscaldamento) / Watt per min. per durata dell esercizio 0.75) Dove 0.75 è un fattore di correzione che considera il ritardo fra l inizio del lavoro e l esordio della relazione lineare VO2 WR. Il valore ottenuto è di ml O2/min/watt. Superata la soglia anaerobica, soprattutto nel soggetto sano, si assiste ad un incremento della pendenza di VO2 WR dovuto al maggior coinvolgimento muscolare periferico, al reclutamento dei muscoli respiratori accessori, impegnati a elevati livelli di ventilazione, e alla conversione metabolica di acido lattico in glicogeno, attraverso il ciclo di Cori. In definitiva, la pendenza della relazione VO2-WR dipende dal tipo di esame, dalla durata e dalla condizione fisica del paziente.

25 VALORI DI NORMALITA VO2 max o di picco 84% del predetto Soglia anaerobica >40% VO2 max predetto (ampio range 40-80%) Frequenza cardiaca Riserva cardiaca >90% del predetto per età <15 battiti/min Pressione arteriosa <220/90 Polso di O2 (VO2/FC) >80% del predetto Riserva ventilatoria Vemax/MVVx100: <85% Frequenza respiratoria <60 atti/min VE/VCO2 alla AT <34 Vd/Vt PaO2 P(A-a)O2 <0.28; <0.30 per età >40 anni >80 mm Hg <35 mm Hg

26 PARAMETRI COPD ILD PVD CHF OBESITY DECONDITIONATED VO2 Max / Peak 1 decreased 1 decreased 1 decreased 1 decreased 1 decreased for 1 decreased actual, normal for ideal weight AT 1 normal 2 decreased 3 indeterminated 1 normal 2 decreased 1 decreased 1 decreased 1 normal 1 normal 2 decreased PEAK HR 1 decreased 2 normal in mild PATTERNS DI RISPOSTA AL CPET 1 decreased 1 normal 2 slightly decreased 1 variable 2 normal in mid 1 normal 2 slightly decreased 1 normal 2 slightly decreased O2 PULSE 1 normal 1 normal 1 normal 1 decreased 1 normal 1 decreased 2 decreased 2 decreased 2 decreased (VE/MVV) % 1 increased 1 normal 1 normal 1 normal 1 normal 1 normal 2 increased 2 increased 2 decreased 2 increased VE/VCO2 (at 1 increased 1 increased 1 increased 1 increased 1 normal 1 normal AT) Vd/Vt 1 increased 1 increased 1 increased 1 increased 1 increased 1 normal PaO2 1 variable 1 decreased 1 decreased 1 normal 1 normal, may 1 normal increase P(A-a) O2 1variable 2 usually increased 1 increased 1 increased 1 usually normal 1 may decrease 1 normal Legenda: COPD, chronic obstructive pulmonary disease; ILD, interstitial lung disease; PVD, pulmonary vascular disease; CHF, chronic heart failure.

27 INTERPRETAZIONE DEL CPET 1. Risposta Metabolica 2. Risposta Cardiovascolare 3. Risposta Ventilatoria 4. Scambi Gassosi Polmonari 5. Sintomi

28 1. RISPOSTA METABOLICA Consumo di Ossigeno Produzione di CO2 Relazione VO2-Work rate Quoziente respiratorio Soglia anaerobica VO2 VCO2 VO2-WR RR o RER AT

29 RISPOSTA METABOLICA CONSUMO DI O2 (VO2) Nel soggetto normale il valore di VO2 plottato contro il lavoro svolto (Work Rate o WR) aumenta in maniera piuttosto lineare fino a raggiungere un plateau che è detto VO2max; talvolta l esercizio termina prima del raggiungimento del plateau per il sopraggiungere di sintomi e il valore massimo di VO2 raggiunto è allora detto VO2 di picco Nel soggetto con BPCO il VO2 di picco può essere: 1) nei limiti della norma (>84% del predetto) o più frequentemente 2) inferiore al valore predetto per il sopraggiungere di un limite prevalentemente ventilatorio allo sforzo fisico

30 RISPOSTA METABOLICA PRODUZIONE DI CO2 (VCO2) Nel soggetto normale il valore di VCO2 plottato contro il lavoro svolto (Work Rate o WR) aumenta in maniera piuttosto lineare fino al raggiungimento della fase di metabolismo anaerobico A questo livello si assiste ad un ulteriore incremento della VCO2; ciò è particolarmente evidente nella relazione VCO2/VO2 in cui i due valori aumentano in maniera simile e lineare fino al punto in cui la VCO2 si impenna, per il sopravvenire del metabolismo anaerobico a livello muscolare, determinando un cambio netto della pendenza della relazione.

31 RISPOSTA METABOLICA RELAZIONE VO2 -WORK RATE (VO2 -WR) Lo slope VO2/ WR riflette l efficienza della conversione metabolica dei nutrienti in lavoro meccanico e stima l efficienza meccanica del sistema muscolo-scheletrico; tale valore è indipendente da sesso, età e altezza ed è pari a ml/min per watt. Nel soggetto con BPCO lo slope VO2/ WR può essere: 1) nei limiti della norma 2) o inferiore al predetto per un inadeguato apporto di O2 ai muscoli.

32 SOGGETTO SANO: RELAZIONE VO2 - LAVORO

33 BPCO: RELAZIONE VO2 - LAVORO

34 RISPOSTA METABOLICA QUOZIENTE RESPIRATORIO (RQ o RER) Il rapporto VCO2/VO2 è conosciuto con il termine di: quoziente respiratorio (RQ) o respiratory exchange ratio (RER) quando questo rapporto è misurato tramite i gas espirati. Misurato in condizioni di steady state è un indice piuttosto grossolano del tipo di nutrienti prevalentemente utilizzati; un RQ= 1 indica prevalentemente il catabolismo di carboidrati; RQ=0.7 indica una mistura di carboidrati e lipidi; RQ=0.8 indica una mistura di carboidrati e proteine. Durante test incrementale il raggiungimento di un RQ> è indice di un grado di sforzo massimale.

35 SOGGETTO SANO: QUOZIENTE RESPIRATORIO

36 BPCO: QUOZIENTE RESPIRATORIO

37 RISPOSTA METABOLICA SOGLIA ANAEROBICA (AT) Nel soggetto normale la soglia anaerobica viene raggiunta approssimativamente al di sopra del 40% del VO2 max. La determinazione del raggiungimento della soglia anaerobica può essere: 1) invasiva (valutazione dei lattati o dei bicarbonati ematici) 2) o non invasiva (metodo del V-slope o degli Equivalenti Ventilatori).

38 Nel soggetto con BPCO la soglia anaerobica può essere nei limiti della norma precoce o addirittura non raggiunta. Il raggiungimento precoce indica un precoce inizio del metabolismo anaerobico a livello muscolare che può dipendere da diversi meccanismi che possono tra di loro sommarsi: 1) un inadeguato apporto di O2 ai muscoli, 2) un alterazione del metabolismo ossidativo muscolare 3) o un coesistente decondizionamento fisico

39 SOGGETTO SANO: SOGLIA ANAEROBICA METODO DEL V - SLOPE

40 BPCO: SOGLIA ANAEROBICA METODO DEL V- SLOPE

41 RISPOSTA CARDIOVASCOLARE a. Frequenza cardiaca HR e Relazione HR -VO2 b. Polso di O2 O2 pulse c. Risposta pressoria BPR d. Risposta ECG

42 RISPOSTA CARDIOVASCOLARE FREQUENZA CARDIACA (HR) E RELAZIONE HR-VO2 Nel soggetto normale la HR (Heart Rate) aumenta in maniera piuttosto lineare con l incremento del VO2 fino a raggiungere un valore massimo che in genere è pari a età o (età x 0.65). Al termine dell esercizio il raggiungimento del VO2 teorico, della massima frequenza cardiaca e l assenza di riserva cardiaca indicano uno sforzo massimale e un normale limite cardiovascolare allo sforzo. In genere nel paziente con BPCO la HR sale in maniera normale rispetto al VO2 sebbene, soprattutto nei pazienti più compromessi, possa esserci riserva cardiaca significativa ad indicare il sopraggiungere di un limite ventilatorio allo sforzo.

43 RISPOSTA CARDIOVASCOLARE POLSO DI O2 (O2 PULSE) Il rapporto VO2/HR è detto polso di O2 e riflette il consumo di O2 per ogni battito cardiaco; Nel soggetto normale esso è utilizzato come stima di massima dello stroke volume (gittata cardiaca); Nel soggetto normale il polso di O2 aumenta in maniera lineare per bassi carichi di lavoro e tende a formare un plateau ai carichi di lavoro più alti (normale limite cardiovascolare allo sforzo). Nel soggetto con BPCO il polso di O2 ha in genere un valore basso poiché il paziente presenta un limite ventilatorio allo sforzo, ma nei pazienti con malattia lieve esso può risultare nei limiti della norma; Più del valore assoluto è importante valutare l andamento grafico del polso di O2; infatti un valore basso con un plateau precoce può indicare una compromissione della circolazione polmonare, soprattutto se associata a desaturazione sotto sforzo.

44 SOGGETTO SANO: RISPOSTA CARDIOVASCOLARE

45 BPCO: RISPOSTA CARDIOVASCOLARE

46 RISPOSTA PRESSORIA (BPR) La pressione arteriosa sistolica aumenta in maniera lineare con l incremento dell esercizio fino a raggiungere un valore massimo, mentre la pressione diastolica si mantiene costante. Una risposta anomala può prevedere un incremento eccessivo, o una caduta della pressione con l esercizio. Un eccessivo incremento si verifica in soggetti con ipertensione; Una caduta della pressione durante esercizio è un indicazione all interruzione dell esercizio stesso in quanto essa potrebbe dipendere da scompenso cardiaco acuto, ischemia, stenosi aortica, malattia vascolare polmonare o ostruzione venosa centrale. Nel soggetto con BPCOla rispos ta pressoria è per lo più nei limiti della norma.

47 RISPOSTA VENTILATORIA Domanda e Capacità Ventilatoria Pattern e timing ventilatorio Riserva Ventilatoria Relazioni VE vs VO2 e VE vs VCO2 Equivalenti ventilatori per VO2 e VCO2 End tidal PO2 e PCO2 Tecniche emergenti per la valutazione della limitazione ventilatoria

48 RISPOSTA VENTILATORIA DOMANDA E CAPACITA VENTILATORIA La domanda ventilatoria è dipendente da diversi fattori quali la richiesta metabolica, il grado di acidosi lattica, la ventilazione dello spazio morto, decondizionamento fisico, peso corporeo etc. La VE è direttamente proporzionale a VCO2 La capacità ventilatoria è tradizionalmente misurata a riposo come Massima Ventilazione Volontaria (MVV) Oggi si tende però ad utilizzare la formula FEV1x37.5 che è più riproducibile ed attendibile della MVV Nel BPCO la domanda ventilatoria a riposo e ad ogni dato livello di esercizio è incrementata e la capacità ventilatoria è invece ridotta.

49 RISPOSTA VENTILATORIA PATTERN E TIMING VENTILATORIO L aumento di VE con l esercizio è associato sia all incremento del Volume tidal (Vt) che della Frequenza Respiratoria (FR); l incremento avviene prima a carico del Vt e poi in un secondo momento, quando l esercizio è al 70-80% del picco massimo, avviene l incremento della FR; Vt arriva ad un plateau in genere al 50-60% del valore di CV. Vt aumenta da 3 a 5 volte nei giovani e da 2 a 4 volte negli anziani; la FR aumenta 2 o 3 volte nella maggior parte dei soggetti, negli atleti anche 6 o 7 volte. Nei soggetti sani l incremento di Vt è legato alla riduzione dell End Expiratory Lung Volume (EELV) e ad un incremento maggiore dell End Inspiratory Lung Volume (EILV); l incremento della FR determina un incremento del rapporto Ti/Ttot (per riduzione progressiva del Te) da 0.4 a riposo fino a al picco di esercizio.

50 PATTERN E TIMING VENTILATORIO Nel soggetto con BPCO può verificarsi iperinflazione polmonare dinamica a causa della limitazione al flusso espiratorio: in questo caso l aumento del Vt non può normalmente verificarsi e si assiste all aumento dell EELV e alla riduzione della capacità inspiratoria con conseguente incremento della dispnea.

51 RISPOSTA VENTILATORIA RISERVA VENTILATORIA La riserva ventilatoria equivale alla differenza esistente tra MVV e VEmax raggiunta al picco dell esercizio; la MVV può essere misurata direttamente o può essere stimata con la formula FEV1x37,5; normalmente VEmax/MVVx100 <85% con ampio range di normalità (72 ± 15). Nel soggetto con BPCO la riserva ventilatoria può essere ridotta o totalmente esaurita ad indicare un limite ventilatorio allo sforzo

52 SOGGETTO SANO: STRATEGIA VENTILATORIA

53 BPCO: STRATEGIA VENTILATORIA

54 RISPOSTA VENTILATORIA RELAZIONI VE vs VO2 e VE vs VCO2 La relazione VE -VO2 e soprattutto quella VE -VCO2 analizzano la risposta ventilatoria alla richiesta metabolica durante esercizio; nel soggetto sano all acme dell esercizio necessitano L di VE per eliminare 1 L di CO2 ed incrementi possono segnalarci la presenza di alterazioni del rapporto Vd/Vt (es. BPCO) o che il set point per la PaCO2 è basso.

55 SOGGETTO SANO: RELAZIONE VE - VO2

56 BPCO: RELAZIONE VE - VO2

57 SOGGETTO SANO: RELAZIONE VE - VCO2

58 BPCO: RELAZIONE VE - VCO2

59 RISPOSTA VENTILATORIA EQUIVALENTI VENTILATORI PER O2 e CO2 I rapporti VE/VO2 e VE/VCO2 sono detti equivalenti ventilatori e indicano quanti litri di ventilazione sono necessari per assumere rispettivamente 1 litro di O2 e eliminarne 1 di CO2; Vengono plottati contro il valore di VO2 o di Work rate.

60 Gli equivalenti ventilatori hanno un trend in discesa iperbolica fino a raggiungere un valore minimo o nadir al livello della AT; Poi aumenta prima solo VE/VO2 per l inserirsi del metabolismo anaerobico, e il conseguente incremento di produzione di CO2 e della ventilazione; Per questo stesso motivo l equivalente ventilatorio per la CO2 si mantiene invece costante; Successivamente incrementa anche VE/VCO2 per il normale compenso ventilatorio all acidosi metabolica; alti valori di VE/VCO2 al nadir indicano alterazioni di Vd/Vt e alterazioni del rapporto ventilo-perfusivo e sono la regola nel soggetto BPCO.

61 SOGGETTO SANO: EQUIVALENTI VENTILATORI

62 BPCO: EQUIVALENTI VENTILATORI

63 RISPOSTA VENTILATORIA END TIDAL O2 e CO2 (PETO2 e PETCO2) PET CO2 aumenta durante il test incrementale fino al raggiungimento della AT; dopo il raggingimento di AT si stabilizza e infine cade quando VE/VCO2 aumenta; il periodo in cui PET CO2 è stabile è detto tamponamento isocapnico. PET O2 si riduce durante il test incrementale, poi inizia ad aumentare con il raggiungimento della AT e con il susseguente incremento di VE/VO2. Una caduta di PET CO2 quando VE/VCO2 è alto indica iperventilazione mentre un valore di PET CO2 stabile quando VE/VCO2 è alto indica un incremento di ventilazione dello spazio morto.

64 SOGGETTO SANO: END TIDAL O2 e CO2

65 BPCO: END TIDAL O2 e CO2

66 RISPOSTA VENTILATORIA TECNICHE EMERGENTI PER LA VALUTAZIONE DELLA LIMITAZIONE VENTILATORIA La valutazione delle curve flusso volume del tidal volume (extfvl) durante esercizio in relazione alla curva flusso volume massimale (MFVL) è un indice visuale affidabile della relazione esistente tra domanda ventilatoria e capacità ventilatoria nel paziente con BPCO e non solo; viene valutato molto bene il fenomeno della iperinflazione dinamica

67 CURVE FLUSSO VOLUME TIDAL DURANTE ESERCIZIO vs CURVA FLUSSO VOLUME MASSIMALE: SOGGETTI SANI

68 CURVE FLUSSO VOLUME TIDAL DURANTE ESERCIZIO vs CURVA FLUSSO VOLUME MASSIMALE: BPCO

69 IPERINFLAZIONE POLMONARE DINAMICA: BPCO

70 FLUSSO LIMITAZIONE SENZA IPERINFLAZIONE: BPCO

71 SCAMBI GASSOSI POLMONARI PaO2 e PaCO2 Gradiente alveolo-arterioso di O2. P(A-a)O2 Rapporto tra volume dello spazio morto e volume tidal. Vd/Vt

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