Ecocardiografia

L’ecocardiografia consente di identificare significative anomalie funzionali molto prima dell’insorgenza dei sintomi. Esistono differenti tipi di ecocardiografia utilizzabili per la diagnosi di disfunzione ventricolare sinistra, alcuni di questi richiedono apparecchiature sofisticate ad elevato costo, non sono facilmente accessibile e non vengono pertanto utilizzate nella pratica clinica.

6.1.1. Ecocardiografia convenzionale

L’ecocardiografia convenzionale consente di valutare in modo semplice e non invasivo la presenza di disfunzione diastolica anche in fase precoce mediante la valutazione del flusso transmitralico. Il flusso ematico attraverso la valvola mitralica ha un pattern bifasico, nel quale si distingue un picco precoce legato al rapido riempimento diastolico del ventricolo sinistro (onda E – Early transmitral

filling velocity) nella fase diastolica precoce e uno tardivo che si verifica in

concomitanza della contrazione atriale (onda A – Atrial filling velocity) nella fase tardiva della diastole. Basandosi sulla valutazione Doppler del flusso transmitralico è stata suggerita una scala di valutazione della disfunzione diastolica248_{. Infatti, è}

stato dimostrato che il flusso transmitralico mostra progressive variazioni concordemente all’interessamento patologico del miocardio. Sono, pertanto, stati proposti tre pattern di compromissione diastolica del ventricolo sinistro basati sul rapporto E/A (Fig. 10).

Figura 10. Pattern di riempimento ventricolare derivati dalla valutazione ecocardiografica del flusso transmitralico. E: picco della fase precoce della diastole; A: picco della fase tardiva della diastole.

Il primo, legato ad alterazioni del rilasciamento ventricolare soprattutto isovolumetrico, è caratterizzato da un’inversione del fisiologico rapporto E/A (E/A<1) ed identifica pazienti in uno stadio precoce della cardiomiopatia diabetica. Il secondo, rappresentato da anomalie del rilasciamento e della compliance per ridotta distensibilità, è stato denominato pseudonormale in quanto il rapporto E/A è apparentemente normale (E/A>1). Questo aspetto si manifesta quando la pressione atriale sinistra si eleva moderatamente per correggere l’alterato rilasciamento miocardico, producendo così un profilo di riempimento diastolico molto simile a quello normale. Dirimente, in questo caso, è la valutazione della velocità di flusso venoso polmonare anterogrado durante la sistole che risulterà inferiore alla componente diastolica in caso di pseudonormalizzazione e più elevato nel caso di normale riempimento ventricolare249_{. Il terzo pattern, legato ad}

alterazioni di tipo restrittivo, è identificato da un rapporto E/A elevato (E/A≥2) in quanto la ridotta distensibilità ventricolare determina un più rapido incremento della pressione ventricolare diastolica durante la fase di riempimento precoce con riduzione del contributo atriale al riempimento ventricolare. Altri indici derivati dalla valutazione Doppler sono stati proposti per l’identificazione della disfunzione diastolica. Ad esempio, il tempo di decelerazione (tempo intercorrente tra il picco dell’onda velocimetrica E e lo zero) risulta prolungato (>240 msec) in caso di alterazioni del rilasciamento e ridotto (<150 msec) nella fase di alterazione

Normale Alterato rilasciamento Pseudonormale Restrittivo

E

restrittiva. Un altro indice è il tempo di rilasciamento isovolumetrico, cioè il tempo che intercorre tra la fine dello svuotamento sistolico ventricolare e l’apertura della valvola mitrale; si riscontra un aumento del tempo di rilasciamento isovolumetrico (>110 msec) in presenza di alterato rilasciamento ed una sua

riduzione (<60 msec) in presenza di alterazioni restrittive. L’ecocardiografia convenzionale consente anche la valutazione della volumetria e degli spessori parietali del ventricolo sinistro. Un aumento della massa ventricolare sinistra è stato documentato nei pazienti diabetici con compromissione della funzione ventricolare in numerosi studi31,40_{. Suys e coll.}40 _{, ad esempio, hanno evidenziato}

l’aumento delle dimensioni e dello spessore parietale (+10%) del ventricolo sinistro in associazione a disfunzione diastolica (E/A<1) in età pediatrica, soprattutto nel sesso femminile. Infine, nelle fasi più avanzate della compromissione ventricolare è anche possibile stimare il grado di disfunzione sistolica mediante valutazione della frazione di eiezione e della gittata cardiaca.

6.1.2. Nuove tecniche ecocardiografiche 6.1.2.1. Doppler tissutale miocardico

Il Doppler tissutale (TD) è una nuova tecnica ecocardiografica sviluppatasi dai principi del Doppler che permette di determinare la velocità direzionale tissutale dei segmenti miocardici e delle altre strutture cardiache, invece del pool ematico in movimento250_{. Questa tecnica ecocardiografica fornisce informazioni addizionali}

rispetto all’ECO convenzionale. Consente una rapida e semplice misura della frazione di eiezione ventricolare mediante misurazione della velocità all’anulus mitralico e produce dati relativi alla funzione sistolica e diastolica, indipendentemente dal pre-carico (Fig. 11-12).

Figura 11. Segnale relativo alla sistole (S’) e alla diastole (onda E’ e A’) al Doppler tissutale.

Figura 12. Segnale relativo alla sistole (S’) e alla diastole (onda E’ e A’) al Doppler tissutale.

Il Doppler tissutale miocardico consente l’analisi sisto-diastolica delle velocità dell’anulus mitralico sia a livello settale che della parete laterale. Viene pertanto esplorata la funzione del ventricolo sinistro a livello del piano longitudinale. Si campionano una onda S’ (sistolica) ed una onda E’ (proto-diastolica) ed A’ (tele- diastolica).

L’Indice di Ommen - il cosiddetto rapporto E/E’ - consente di ottenere una stima non invasiva e attendibile del grado delle pressioni di riempimento ventricolare251_.

‘

‘

Quando il rapporto E/E’ è < 8, le pressioni di riempimento ventricolare sono sicuramente nella norma; quando il rapporto E/E’ è > 15 esse sono aumentate, con un’alterazione marcata della funzione diastolica251_{, mentre valori di E/E’}

compresi tra 8 e 15 rappresentano una fascia grigia in cui la stima delle pressioni di riempimento è incerta ed è necessario considerare procedure aggiuntive. Essendo questi i presupposti non sorprende che il rapporto E/E’ sia efficace nel quantificare le pressioni di riempimento in diverse cardiomiopatie.

Nei pazienti diabetici l’ecocardiografia tissutale è stata eseguita nello studio di Suys e coll.40 _{che ha documentato anomalie della funzione diastolica in giovani}

diabetici ed una riduzione della velocità di rilasciamento miocardico nella fase precoce del riempimento diastolico solo nel sesso femminile.

L’ecografia tissutale è anche in grado di quantificare la contrazione cardiaca sia sul piano longitudinale che radiale. La contrazione longitudinale del ventricolo sinistro dipende dall’integrità delle fibre longitudinale subendocardiche, mentre la contrazione radiale dipende dall’integrità delle fibre circolari. Le prime sono più suscettibili all’insulto ischemico e alla fibrosi e possono, pertanto, determinare alterazioni funzionali della contrattilità e rimodellamento ventricolare compensatorio. Uno studio condotto su soggetti diabetici senza ipertrofia ventricolare o patologia ischemica e con normale frazione di eiezione, ha evidenziato un aumento della contrattilità radiale che sembra compensare la riduzione della contrattilità longitudinale252_.

6.1.2.2.Speckle Tracking imaging:

Un ulteriore metodo per lo studio della deformazione delle pareti ventricolari è lo Speckle Tracking imaging (STI), considerato un nuovo e promettente metodo per la valutazione della cinetica regionale e globale del ventricolo sinistro. Grazie ai fenomeni di riflessione ed interferenza degli ultrasuoni sul tessuto miocardico, si formano delle “chiazze” (speckle) in una scala di grigi che rappresentano le parti del tessuto d’interesse che vengono seguite durante tutto il ciclo cardiaco. Ogni speckle può essere identificato utilizzando degli specifici algoritmi, così come avviene per la risonanza magnetica, (tecnica con la quale questa metodica è stata validata), ed il movimento di queste porzioni di tessuto viene analizzato comparando le immagini acquisite di volta in volta. Uno dei vantaggi più

significativi dello STI consiste nella possibilità di analizzare simultaneamente le deformazioni radiali, circonferenziali e longitudinali del ventricolo sinistro e quindi di fornire preziose informazioni sulla asincronia meccanica.

Questa metodica permette pertanto di estrapolare le informazioni di strain rate e strain a partire dalle immagini ottenute in Bmode in scala di grigio.

Ciò è divenuto possibile grazie al miglioramento ottenuto nella risoluzione delle immagini 2-D con l’utilizzo della seconda armonica e l’incremento del frame rate. La tecnica STI si basa infatti sul riconoscimento di gruppi di pixel aventi specifiche caratteristiche acustiche all’interno della parete miocardica, che proprio a causa delle loro caratteristiche di riflettività vengono seguiti frame by frame durante il ciclo cardiaco. Dalla valutazione dello spostamento così calcolato è possibile estrapolare le informazioni di velocità sia di strain rate che strain. Con i software attualmente in commercio viene tracciato manualmente il bordo endocardico in telesistole. Sulla base di tale traccia il software esegue un tracking automatico ed individua i segmenti di interesse. Dopo approvazione da parte dell’operatore, che, se ritiene opportuno può modificare la regione in esame in base alla qualità del tracking, per tutte le regioni di interesse vengono visualizzati graficamente e numericamente i valori dei parametri di deformazione (i quali rappresentano una media dei valori calcolati all’interno delle singole regioni di interesse).

Le caratteristiche di tale metodica sono rappresentate da:

1. la possibilità di misurare, come nel caso del Doppler, tutti i parametri: spostamento, velocità, strain e strain rate

2. la dipendenza della qualità dei dati dalla qualità delle immagini bidimensionali e dal corretto campoinamento della regione di interesse

3. diversamente dalla valutazione con Doppler, in cui vengono selezionate

alcune aree di interesse (tipicamente 12 mm x 6) all’interno della parete miocardica, nel caso dello speckle tracking vengono automaticamente selezionati i segmenti miocardici. I valori di strain ottenuti rappresentano la media dei valori all’interno del segmento valutato.

4. l’assenza di angolo-dipendenza con il fascio ultrasonoro rende misurabile in tutti i segmenti miocardici (asse lungo apicale e asse corto parasternale) la deformazione longitudinale, radiale e circonferenziale.

Pertanto per ogni segmento analizzato è possibile dedurre l’informazione di deformazione contemporaneamente in due direzioni ortogonali (da cui 2- Dimensional strain o semplicemente “2-D strain” mentre il Doppler strain viene da alcuni definito 1-Dimensional strain)

5. la possibilità di calcolare automaticamente lo strain globale come media di tutti i segmenti.

6. la rapidità di esecuzione della misurazione

7. la maggiore automaticità che riduce la variabilità intra e interoperatore. I limiti in questione sono principalmente legati al frame rate più basso rispetto alla valutazione Doppler tissutale.

Strain e strain rate:

Strain(S) e strain rate (SR) analysis rappresentano tecniche ecocardiografiche di

recente introduzione che consentono di valutare accuratamente ed in modo quantitativo la funzione e la contrattilità del miocardio253_{. (Fig. 12).}

Figura 12. L: longitudinale; R: radiale: C: circonferenziale. S: strain; ΔL: variazione assoluta di lunghezza; L0: lunghezza basale. SR: strain rate; Δt: intervallo temporale; ΔV: gradiente di velocità nel segmento studiato.

L’analisi di strain e strain rate consente di quantificare, durante doppler tissutale, la deformabilità regionale della parete ventricolare. Lo strain rate misura la velocità di deformazione di un segmento di tessuto ed il picco sistolico dello strain rate rappresenta la massima velocità di deformazione in sistole.

6.1.2.3. Lo strain rate miocardico

Il calcolo dello strain rate si basa su una elaborazione matematica delle velocità miocardiche che consiste nel calcolare la differenza fra le velocità di punti vicini.

Tali differenze di velocità sono divise per la distanza fra i punti a cui appartengono e in questo modo viene ottenuto il cosiddetto “gradiente di velocità” o “strain rate”, solitamente espresso in percentuale. La grande novità di questa metodica è che essa non considera singoli punti di velocità ma differenze di velocità fra punti vicini, determinando una specifica mappa di gradienti di velocità nella quale i colori dal giallo al rosso sono usati per indicare lo strain rate negativo, quelli dal blu al bianco lo strain rate positivo e il colore verde per indicare l’assenza di strain rate, cioè l’assenza di deformazione miocardica. Tale mappa differisce dunque sostanzialmente dalla mappa delle velocità dei singoli punti miocardici, in cui il colore (blu o rosso) indica la direzione del movimento e l’assenza di movimento non viene codificata con un colore specifico.

L’utilizzo del gradiente di velocità permette di definire la relazione che esiste fra due punti vicini indipendentemente dalla posizione del trasduttore, dai movimenti globali del cuore e dei segmenti adiacenti: infatti, se in una sezione apicale due punti si avvicinano lungo l’asse longitudinale, significa che il miocardio si sta contraendo; al contrario, se due punti si allontanano fra di loro, significa che il miocardio si sta rilasciando. La velocità con cui due punti miocardici vicini si avvicinano o si allontanano fra loro rappresenta lo strain rate, questo parametro rappresenta un indice della velocità della deformazione miocardica prodotta localmente dalla sistole (contrazione) e dalla diastole (rilasciamento). Tale parametro (strain rate) può essere rappresentato mediante una mappa bidimensionale a colori. Da tale mappa possono essere estrapolati i profili di strain rate relativi a singole aree miocardiche. Il profilo di strain rate miocardico durante il ciclo cardiaco varia, come quello della velocità miocardica, in termini spaziali (direzione), temporali e di entità.

Variazioni direzionali: la linea di zero della curva di strain rate distingue la direzione della velocità di deformazione: ciò che è negativo (al di sotto della linea di zero) significa avvicinamento dei punti di velocità e quindi deformazione nel senso dell’accorciamento di un segmento miocardico; viceversa, ciò che è positivo (ad di sopra della linea di zero) significa allontanamento dei punti di velocità e quindi deformazione nel senso dell’allungamento di un segmento miocardico. Anche per quanto riguarda il color Doppler la codifica a colori indica la direzione

della velocità di deformazione (i colori dal giallo al rosso indicano deformazione negativa (accorciamento) mentre i colori dal blu al bianco indicano deformazione positiva (allungamento); il colore verde indica l’assenza di deformazione e quindi di strain rate). Sulla base di questa codifica, in un soggetto normale, durante la sistole il miocardio delle sezioni apicali appare codificato in giallo-rosso e la curva di strain rate è negativa; l'opposto accade durante la diastole.

Variazioni temporali: nella curva di strain rate è possibile riconoscere le diverse fasi del ciclo cardiaco: sistole isometrica, sistole eiettiva, diastole isometrica, riempimento rapido, diastasi, sistole atriale. La fasi del ciclo cardiaco possono essere riconosciute anche sulle immagini color M-mode. Come accade per le velocità miocardiche, anche l’interpretazione delle curve di strain rate e delle immagini color M-mode è facilitata dalla contemporanea presenza del fonocardiocardiogramma o di marcatori di apertura e chiusura delle valvole ottenibili dalle tracce Doppler dei flussi valvolari.

Entità: lo strain rate utilizzato come parametro di funzione ventricolare è quello di picco sia in sistole (negativo nelle sezioni apicali) sia in diastole (positivo nelle sezioni apicali).E' stato dimostrato che lo strain rate sistolico di picco ottenuto mediante tecnica Doppler segue accuratamente i cambiamenti di contrattilità indotti dalle catecolamine, dai beta-bloccanti e dal pacing e correla in modo lineare con l’elastanza di picco e il dP/dt positivo di picco. Occorre tuttavia tener presente che anche lo strain rate ottenuto mediante tecnica Doppler dipende, come le velocità miocardiche, da fattori tecnici (ad esempio, l’angolo esistente fra il fascio ultrasonoro e la direzione della deformazione) e dalle condizioni di carico. Pertanto, l’interpretazione clinica dello strain rate di picco deve tener conto anche di questi fattori.

6.1.2.4. Lo strain miocardico

Lo strain miocardico viene ottenuto dallo strain rate attraverso una operazione matematica e rappresentato con una diversa codifica di colori in modo da ottenere una mappa spaziale degli strain ventricolari durante tutto il ciclo cardiaco. In questa mappa i colori rosso-rosa indicano lo strain negativo e i colori blu-bianco lo strain positivo. Dalla mappa di strain è possibile determinare i profili di strain miocardico. La morfologia del profilo di strain differisce notevolmente da quella

dello strain rate: essa parte a livello della linea di zero in telediastole, raggiunge un picco in telesistole e quindi ritorna a livello della linea di zero nella telediastole successiva.

Da un punto vista concettuale lo strain rappresenta la deformazione miocardica locale mentre lo strain rate esprime la velocità con cui tale deformazione si verifica. Anche lo strain, come lo strain rate, dipende da fattori tecnici e dalle condizioni di carico ed è indipendente dai movimenti globali del cuore e dei singoli segmenti adiacenti. In un soggetto normale, lo strain sistolico longitudinale, valutabile nelle sezioni apicali, è negativo (come lo strain rate). Il parametro generalmente utilizzato per esprimere la funzione ventricolare è lo strain sistolico di picco, che si verifica, in condizioni di normalità, in telesistole.

6.1.2.5. Ecocardiografia tridimensionale

L’ecografia tridimensionale è in grado di fornire immagini dell’anatomia del cuore normale e di differenti patologie cardiache anche nella terza dimensione, offrendo, quindi, la possibilità di migliorare la comprensione dei dettagli anatomopatologici. Infatti, se consideriamo il cuore come una struttura dinamica tridimensionale, un vantaggio importante della tecnica è rappresentato dal fatto che l’interpretazione delle immagini non richiede un assemblaggio mentale di una serie di immagini tomografiche planari in un concetto multidimensionale dell’anatomia cardiaca, come si verifica per l’ecocardiografia bidimensionale, in quanto le immagini fornite sono simili a quelle osservabili al tavolo anatomico e chirurgico.

Questa metodica, quindi, consente una più accurata valutazione della volumetria del ventricolo sinistro e destro e lo studio della funzione sistolica (frazione di eiezione globale e segmentaria); inoltre è possibile la valutazione 3D degli spessori del ventricolo sinistro per il calcolo della massa ventricolare sinistra.