Relazione di fine tirocinio di Roberto Guarnieri INTRODUZIONE Durante il tirocinio ho lavorato su un progetto che si propone di realizzare un sistema per la ricezione dei dati di pressione arteriosa che permetta il controllo continuo dei pazienti direttamente dal loro domicilio. Il target clinico per questo sistema di monitoraggio è una popolazione di pazienti impiantati con un pacemaker, per i quali si ha l esigenza clinica di capite l effetto delle diverse strategie di funzione rate responsive sulla pressione arteriosa. PACEMAKERS RATE RESPONSIVE I Pacemakers Rate Responsive hanno come obiettivo principale quello di garantire un adattamento della frequenza cardiaca il più vicino possibile a quella naturale attraverso l utilizzo di sensori che rilevino in modo specifico le richieste metaboliche. Quando un pacemaker adatta automaticamente la frequenza di stimolazione alle esigenze dell organismo viene chiamato Rate Responsive (RR). Il pacemaker rate responsive (RR) adegua la sua frequenza e quindi la frequenza del cuore allo sforzo fisico del soggetto I pacemaker di ultima generazione, pilotati da microprocessore, sono programmabili dall esterno per via telemetrica.
Il pacemaker inserito sotto cute viene accoppiato elettromagneticamente all apposito programmatore che agisce dall esterno. Il programmatore esterno emette dei treni di impulsi che vengono rilevati dal pacemaker. L informazione codificata rappresenta il particolare programma scelto dal cardiologo. In questo studio alcuni pazienti sono stati impiantati con Pacemakers aventi modalità CLS ed altri aventi modalità DDDR. Closed Loop Stimulation (CLS) La tecnologia CLS permette un adattamento fisiologico della frequenza cardiaca attraverso un sistema di controllo ad anello chiuso integrato all interno del SNA. Misura le variazioni della contrattilità cardiaca (inotropia) misurando l impedenza del tessuto Richiede un catetere bipolare Lavora solo quando il dispositivo sta stimolando Sistema a sistema chiuso: una variazione fisiologica rilevata dal sensore è convertita in una variazione di frequenza usando un algoritmo. La variazione di frequenza risultante induce una variazione del parametro fisiologico nella direzione opposta, stabilendo quindi un feedback negativo DDDR: DDDR è un acronimo dove ogni lettera corrisponde a una specifica modalità di funzionamento. La prima e la seconda lettera vengono utilizzate rispettivamente per indicare le camere del cuore in cui avverrà la stimolazione e le camere in cui il pacemaker può rilevare depolarizzazione cardiaca. Queste due lettere possono essere sia A per atrio, V per ventricolo, o D, il che significa che il pacemaker è in grado di stimolare e/o rilevare depolarizzazione cardiaca sia nell'atrio che nel ventricolo.
La terza lettera può essere T nel caso in cui il pacemaker stimola quando necessario; può essere I se la stimolazione viene inibita quando non è necessaria; può essere D se è in grado sia di inibire sia di stimolare. La quarta lettera è usata per indicare la capacità del pacemaker di regolare involontariamente la frequenza di stimolazione e può essere denotato con R per la presenza di un modulatore o con O per l'assenza di un modulatore. Un Pacemaker DDDR è un dispositivo bicamerale che può stimolare e sentire la depolarizzazione cardiaca in entrambe le camere del cuore, è dotato della capacità di attivare o inibire la stimolazione, e può regolare automaticamente la frequenza di stimolazione tramite un accelerometri e/o sensori di attività. Accelerometro Il principio su cui si basano questi sensori considera le variazioni dell accelerazione misurata sul piano antero posteriore. Le accelerazioni sono meglio correlate ai livelli di sforzo, nonostante il sensore utilizzato sia del tipo acceso spento. L accelerometro è posto all interno della cassa del PM e non presenta alcun collegamento con essa ed è in grado di rilevare le variazioni di postura e movimenti associati all attività fisica del corpo. Il segnale rilevato, amplificato e opportunamente filtrato, viene inviato, dopo essere stato digitalizzato, alla sezione logica e di controllo. La risposta che questa sezione elabora per regolare la modulazione in frequenza è programmabile. Al fine di adattare la risposta in frequenza a pazienti diversi alcuni PM dividono la curva di risposta in frequenza in tre stadi, i quali rappresentano tre diversi livelli di attività fisiche: basso (riposo), moderato (camminare a passo lento), intenso (correre). Il tempo necessario per il decremento della frequenza di stimolazione, basato sui tre livelli di attività, è legato sia all intensità che alla durata dell attività fisica. Ovviamente questo tipo di sensore presenta un enorme svantaggio ossia la mancata risposta agli stimoli neuro emozionali. Sensori di attività (Activity sensing) I sensori di attività (che rilevano i movimenti e le vibrazioni corporee) sono i primi ad essere stati proposti, e di gran lunga i più comuni e ampiamente usati. L attività può essere rilevata sia da un cristallo piezoelettrico (PZ) che da un accelerometro (Ac).
Il principio di funzionamento del cristallo piezoelettrico è basato sul riconoscimento delle onde di pressione muscolari, prodotte dall attività fisica. Queste onde provocano una deflessione minima della cassa del pacemaker alla cui parete interna è attaccato il cristallo piezoelettrico che converte le onde in segnali elettrici. Le vibrazioni al di sopra di una certa soglia programmabile vengono contate. La frequenza di tali vibrazioni può poi essere convertita in frequenza di stimolazione. Il principio di funzionamento degli accelerometri si basa sulla rilevazione delle accelerazioni dovute ai cambiamenti posturali e i movimenti del corpo connessi all attività fisica. L accelerometro è posto all interno della cassa del pacemaker I sensori di attività hanno il vantaggio di essere di dimensioni ridotte e compatibili con pacemaker e cateteri standard, di richiedere un energia minima, di offrire una rapida risposta, una veloce reazione al termine di un piccolo sforzo fisico e semplicità tecnica. Tuttavia, dopo esercizi più lunghi, un debito di ossigeno può richiedere un incremento di frequenza sostenuto, che non è fornito da sensori di attività durante il recupero perché questi sensori non sono in grado di riconoscere il debito di ossigeno. Comunque, bassa specificità con inappropriato incremento di frequenza in condizioni che non sono legate ad attività fisica (come ridere, tossire, guidare), il fatto che i sensori di attività non rispondono alle attività non collegate ai movimenti del corpo (esercizi isometrici, stress mentale o inadeguatezza metabolica in seguito a condizioni patologiche), e la possibile mancata corrispondenza tra intensità di esercizio e aumento di frequenza, rappresentano i principali limiti dei sensori di attività. TELEMONITORAGGIO DELLA PRESSIONE ARTERIOSA Con il dispositivo in studio, una volta effettuata la misura di pressione tramite un pressurometro automatico presso il domicilio del paziente, si ha l invio dell SMS e la raccolta dei dati, quindi la ricezione del messaggio, per mezzo di un modem GSM, e la sua archiviazione su un database. La tecnologia utilizzata per realizzare il sistema di ricezione è comprensiva di: Un modem GSM Calcolatore con Sistema Operativo Microsoft Windows Ambiente di sviluppo Labview
Presso il domicilio del paziente viene effettuata la misura ed inviata, tramite SMS, al centro di raccolta dati, qui avviene la ricezione del messaggio nella workstation della struttura ospedaliera, procedendo poi con la decodifica dei dati e l archiviazione in un opportuno database. Il sistema di ricezione è costituito da un modem GSM collegato ad un computer. Il software di controllo della ricezione è stato realizzato nell ambiente di sviluppo di Labview, ovvero l ambiente di sviluppo integrato per il linguaggio di programmazione visuale della National Instruments. Per l archiviazione dei dati si è utilizzato un database Microsoft Access; una volta eseguito il programma presente nella sezione Block Diagram di Labview viene creato il database per l inserimento dei dati ricevuti dal modem. Il database è costituito da alcune tabelle quali: SMS_ANAGR SMS_IN SMS_PRESSO UDI_ANAGR Ogni tabella contiene delle informazioni diverse: SMS_ANAGR contiene i dati relativi all anagrafico di ogni paziente, ovvero, il numero della SIM, se la SIM è attiva, il nome e il cognome del paziente ecc.; SMS_IN contiene il numero della SIM dal quale è stato ricevuto il messaggio e il testo del messaggio ricevuto; SMS_PRESSO contiene l ID dell SMS ricevuto e i valori della diastolica sistolica e della frequenza cardiaca; UDI_ANAGR contiene i diversi numeri delle SIM da cui sono stati ricevuti i messaggi. Durante il lavoro da me svolto, ho dovuto gestire il database, nel quale venivano ricevuti gli SMS da parte dei diversi pressurometri. Ad ogni paziente sono richieste 4 misurazioni, 2 la mattina e 2
la sera. C è stato quindi il bisogno di controllare quotidianamente se le misurazioni erano state effettuate e se c era qualche problematica legata alla trasmissione dei dati. Gli SMS venivano trasmessi mediante un codice esadecimale di massimo 132 caratteri per SMS. Ogni misura di pressione ha lunghezza 16 caratteri del tipo: AAMMGGHHMMΔΔDDFF dove: AAMMGG sono rispettivamente l anno (a meno del 1900, p.e. 110 corrisponde all anno 2010), il mese e il giorno, espressi in base esadecimale; HHMM rappresenta l ora e i minuti, espressi in base esadecimale; ΔΔDDFF rappresenta la differenza tra i valori della pressione sistolica e diastolica, la pressione diastolica e la frequenza, espresse in base esadecimale. Per facilitare le operazioni di decodifica, è stato aggiunto un ulteriore carattere terminatore della misura di pressione cioè P. Se c era qualche problema nella tabella SMS_PRESSO, si andava a decodificare l SMS ricevuto per vedere se un eventuale errore era dovuto ad un inesatta trasmissione dei dati, o più semplicemente al fatto che il paziente non aveva effettuato la misurazione. La problematica più frequente era data dal fatto che se il paziente non effettuava nuove misurazioni, si continuava a ricevere SMS con valori di pressione già ricevuti; acquisito ciò, bisognava eliminare le misure di pressioni che si ripetevano. Ho raccolto i dati in un documento EXCEL, nel quale ogni foglio di lavoro era associato ad un paziente. In ogni foglio ho riportato i valori della frequenza cardiaca, della pressione diastolica e sistolica in base al giorno della misurazione. Per ogni giorno in cui venivano effettuate le misurazioni, ho calcolato la media giornaliera rispettivamente dei 3 valori rilevati. Tramite tutti questi dati, per ogni soggetto ho costruito un grafico, nel quale si riportano le 3 medie. Dato che alcuni pazienti sono stati impiantati con Pacemakers aventi modalità CLS ed altri aventi modalità DDDR si può osservare dai grafici l effetto delle diverse strategie di rate responsive sulla pressione arteriosa sistemica. La situazione di 4 pazienti che sono stati monitorati per un periodo di circa 3 mesi è riportata nelle pagine seguenti; in questi grafici si rappresenta l andamento giornaliero rispettivamente della pressione diastolica, sistolica, e della frequenza cardiaca.
PRIMO PAZIENTE Questi dati sono presi da un paziente che è stato monitorato dal 27 febbraio 2013 al 16 maggio 2013. Si può osservare che nel primo periodo di monitoraggio il Pacemaker ha stimolato ad una frequenza di 60 BPM, la pressione diastolica si estende tra 80 e 90 mmhg, e la sistolica tra i 160 e i 130 mmhg. Nel secondo periodo invece, si può vedere che la frequenza cardiaca va da 65 a 75 BPM(in questo caso c è stata attività spontanea del cuore), la pressione diastolica si è stabilizzata su 85 mmhg(tranne negli ultimi giorni in cui c è stato un abbassamento a 70 mmhg), e la sistolica si è stabilizzata a circa 150 mmhg(tranne negli ultimi giorni in cui c è stato un abbassamento a 135 mmhg).
SECONDO PAZIENTE Questi dati sono presi da un paziente che è stato monitorato dal 21 dicembre 2012 al 25 marzo 2013. Si può osservare che nel primo periodo di monitoraggio il cuore ha lavorato spontaneamente ad una frequenza che oscilla tra 60 e 80 BPM(valore medio di circa 70 BPM), la pressione diastolica si estende tra 50 e 80 mmhg, e la sistolica tra i 100 e i 170 mmhg. Nel secondo periodo invece, si può vedere che la frequenza cardiaca si è stabilizzata a 60BPM(in questo caso c è stata stimolazione da parte del Pacemaker), la pressione diastolica è tra i 60 e i 70 mmhg, e la sistolica si estende tra i 100 e i 140 mmhg.
TERZO PAZIENTE Questi dati sono presi da un paziente che è stato monitorato dal 22 febbraio 2013 al 12 maggio 2013. Si può osservare che nel primo periodo di monitoraggio il Pacemaker ha stimolato ad una frequenza di 60 BPM, la pressione diastolica si mantiene circa costante sui 70 75 mmhg, e la sistolica oscilla tra i 120 e i 140 mmhg. Nel secondo periodo invece, si può vedere che la frequenza cardiaca va da 60 a 100 BPM(in questo caso c è stata attività spontanea del cuore), la pressione diastolica si estende tra 60 e 80 mmhg, e la sistolica si è stabilizzata tra circa 110 e 125 mmhg.
QUARTO PAZIENTE Questi dati sono presi da un paziente che è stato monitorato dal 29 marzo 2013 al 13 maggio 2013. Si può notare che questo paziente presenta un andamento altamente oscillatorio dei 3 valori considerati. Si può osservare che la frequenza cardiaca va dai 60 ad 80 BPM, la pressione diastolica va dai 60 ai 90 mmhg, e la sistolica oscilla tra i 100 e i 140 mmhg. Essendo il protocollo in cieco ed ancora in fase di completamento, non è ancora possibile associare a questi risultati la modalità di stimolazione RR ai periodi di monitoraggio. In alcuni pazienti il passaggio da DDDR a CLS(e viceversa) risulta evidente dalla analisi della frequenza cardiaca, che passa da valori praticamente sempre costanti attorno a 60 a valori molto più variabili. In altri pazienti però questo cambiamento non si apprezza(per esempio nell ultimo paziente analizzato). Roberto Guarnieri Docente: Prof.ssa Federica Censi