L’ecocardiografia ha da sempre rappresentato uno strumento di elevata utilità diagnostica per la sua capacità di coniugare informazioni strutturali e funzionali; è infatti in grado di fornire parametri fondamentali per lo studio della funzione ventricolare sinistra, sia sistolica che diastolica. Questo assume grande importanza, alla luce di quanto detto, anche nello studio della DCM che può esprimersi come alterazione di entrambe le funzioni.
Per quanto concerne la funzione sistolica del VS, il principale indice che può essere ricavato dall’ecocardiografia tradizionale è, come detto in precedenza, la FE: parametro molto utile in caso di scompenso conclamato, ma privo di quella sensibilità e specificità84 tale da conferirgli un ruolo nella diagnosi precoce della disfunzione ventricolare sinistra. Oltre alla FE, vi sono altri indici di funzionalità sistolica del VS valutabili in ecocardiografia: in particolare, quelli che trovano più ampio impiego nella pratica clinica sono la GS (o SV, stroke volume) e della GC. Per il calcolo dello SV si ricorre all’ausilio della tecnica Doppler associata all’ecografia (eco-Doppler) che consente contestualmente
di calcolare l’area del tratto di efflusso (TE) aortico e l’integrale velocità-tempo (IVT) del flusso trans-aortico; è proprio il prodotto di questi due parametri a definire lo SV (vedi Fig. 785). Per calcolare la GC invece, come detto in precedenza, occorre moltiplicare il valore dello SV (GS) così ottenuto per la FC.
Fig. 7. Calcolo dello SV e della GC tramite eco-Doppler
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L’ecocardiografia rappresenta anche un utile strumento per lo studio della funzione diastolica del VS, ovvero della sua capacità di riempirsi in assenza di un aumento della pressione atriale: infatti, quando ciò si realizza a patto di un aumento della pressione di riempimento, si determinano le alterazioni tipiche dello scompenso cardiaco, responsabili in molti casi del sintomo cardine di questa sindrome, cioè la dispnea da sforzo.
Mediante l’analisi Doppler è possibile valutare il pattern di riempimento ventricolare sinistro che, in un paziente sano, prevede una cinetica caratterizzata da una fase di influsso rapido, una di influsso lento (diastasi) e la sistole atriale: a questa sequenza si associa, dal punto di vista strumentale, la rilevazione grafica dell’alternanza di due curve velocimetriche: (1) l’onda E, che raggiunge il suo picco all’apice dell’influsso rapido, in corrispondenza del massimo gradiente pressorio atrio-ventricolare, e che poi si riduce gradualmente (includendo la diastasi) fino a raggiungere lo zero in un tempo variabile definito DT (deceleration time); (2) l’onda A, che corrisponde alla sistole atriale. In caso di disfunzione ventricolare diastolica, l’alterato rilasciamento miocardico si associa ad un
pattern di riempimento diastolico precoce anomalo (con riduzione della velocità E ed
allungamento del DT) e ad un incremento del contributo atriale al riempimento del VS: questo porta ad un aumento abnorme della velocità A, il cui picco supera quello della E; da ciò deriva il tipico reperto di un rapporto E/A<1, che si associa tradizionalmente allo scompenso cardiaco diastolico37,86.
Fig. 8. Rappresentazione delle velocità E ed A mediante flussimetria Doppler
In origine, l’uso del Doppler in ambito ecocardiografico, aveva imposto l’utilizzo di opportuni filtri per escludere il “rumore” derivante dal movimento delle pareti miocardiche, che avrebbe potuto altrimenti alterare la qualità del segnale generato dal
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flusso ematico, che si intendeva studiare. Tuttavia, l’idea che questa scelta potesse di fatto escludere informazioni potenzialmente utili, ha portato a prendere in considerazione la possibilità di utilizzare, al contrario, filtri che potessero far rilevare solo l’attività contrattile delle pareti cardiache: nasce così il TDI (Tissue Doppler Imaging).
Il TD può essere eseguito secondo due modalità: il TD ad onda pulsata e il color-TD. In quest’ultimo, una codifica a colori delle velocità miocardiche è sovrapposta alle immagini in scala di grigi, indicandone direzione e modulo; questa tecnica in pratica valuta le velocità medie. Il TD pulsato, invece, è la tecnica maggiormente utilizzata nello studio della funzionalità ventricolare sinistra, dal momento che, misurando le velocità di picco, è particolarmente adatta alla valutazione della funzione longitudinale87. Col TD pulsato,
le velocità longitudinali miocardiche possono essere registrate dall’approccio apicale (sezioni 4 camere, 2 camere, 3 camere)88, tenendo presente che il posizionamento a livello dell’anello valvolare mitralico valuta il movimento sisto-diastolico globale del ventricolo sinistro, e che quello a livello dell’anello tricuspidale è, invece, espressione dell’analogo movimento del ventricolo destro. In relazione al fatto che la velocità dei segmenti miocardici è massima all’apice (gradiente base-apice), per misurare la funzione di una parete miocardica, si considerano le velocità dei segmenti basali. Non ci sono invece accordi unanimi circa l’esatto posizionamento del volume campione a livello dell’anello mitralico, sebbene la collocazione settale rappresenti indubbiamente dei vantaggi: questa parte dell’anulus infatti si muove in direzione quanto mai parallela al fascio ultrasonoro ed è inoltre quella meno influenzata dal movimento di traslazione del cuore87.
Il TD pulsato, dunque, grazie alla sua capacità di valutare velocità e tempi del movimento del repere ecografico prescelto, è in grado di fornire informazioni sulla funzione ventricolare longitudinale sia sistolica che diastolica:
• Studio della funzione sistolica. Si basa sulla velocità miocardica sistolica (S’) che, sulla base della scelta del volume campione prima discussa, si identifica nella velocità sistolica di picco dell’anulus mitralico. L’affidabilità di questo parametro è supportata dall’evidenza della sua stretta correlazione con il numero di miociti e con la densità dei recettori β-adrenergici presenti nel segmento miocardico bioptico, corrispondente a quello in cui viene campionato il TD pulsato89. Nel patologico la riduzione di ampiezza della S’
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sua valutazione al fine di una diagnosi precoce di disfunzione sistolica del VS. Infatti, mentre una velocità S’>8cm/sec è da considerarsi normale, valori <5cm/sec indicano una compromissione importante della capacità contrattile ventricolare. Inoltre è stato evidenziato come, nello scompenso cardiaco diastolico “isolato” (e quindi con FE conservata), la velocità S’ dell’anello mitralico abbia un’ampiezza maggiore (in media circa 5cm/sec) rispetto a quella registrata nei pazienti con scompenso sistolico (in media 3cm/sec), ma allo stesso tempo appaia ridotta rispetto ai soggetti sani, a dimostrazione che un’alterazione subclinica della funzione miocardica sistolica è già presente nei pazienti con scompenso diastolico90.
• Studio della funzione diastolica. In questo caso viene valutato il movimento dell’anello mitralico in direzione opposta a quella vista per la S’, e dunque in direzione del versante atriale (si avranno onde velocimetriche di segno negativo nel tracciato del TD pulsato). In realtà, analogamente a quanto visto riguardo al Doppler del flusso ematico trans-mitralico, in questo caso sono due i segnali rilevati: il primo fa riferimento al movimento diastolico “precoce”, cui corrisponde la velocità miocardica protodiastolica (e’); questa comincia simultaneamente all’inizio dell’afflusso mitralico (velocità E), ma la sua velocità di picco precede il picco della E flussimetrica e termina prima di quest’ultima. Il secondo movimento diastolico, invece, corrisponde alla velocità a’, dovuta alla sistole atriale (analogamente alla velocità A flussimetrica). Il vantaggio che offre l’analisi delle velocità e’ ed a’ si basa sulla dimostrazione della minore precarico-dipendenza del TD pulsato rispetto al Doppler flussimetrico trans-mitralico, dimostrando una maggiore accuratezza a carico della prima tecnica91,92. Non a caso, valori di e’<8cm/sec, soprattutto se associati ad un rapporto e’/a’<1, indicano invariabilmente anomalie del rilasciamento miocardico, anche in presenza di un rapporto E/A flussimetrico >187. Infine, data la sua relativa indipendenza dal precarico, il
TD pulsato è stato proposto con successo per “correggere” il flusso trans- mitralico per l’influenza del rilasciamento miocardico: l’indice utilizzato in questo senso è il rapporto E/e’, che consente di ottenere una stima non invasiva, ma comunque attendibile, del grado delle pressioni di riempimento ventricolare93.
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Fig.9. Rappresentazione delle curve velocimetriche dell’anulus mitralico mediante TDI
Nonostante la sua indubbia utilità, il TDI presenta comunque delle limitazioni87:
• L’angolo-dipendenza, limite comune a tutte le tecniche Doppler
• La limitata risoluzione spaziale, cui consegue l’impossibilità di differenziare le velocità sub-endocardiche da quelle sub-epicardiche
• Il problema del gradiente base-apice delle velocità (più elevate alla base, e con progressiva riduzione verso l’apice), che incide sull’accuratezza della valutazione globale della funzione del VS, in virtù della scelta di un singolo volume-campione
• L’influenza esercitata sul singolo segmento miocardico, da parte del movimento cardiaco globale e dall’effetto di trascinamento (tethering) dei segmenti contigui; motivo per cui anche una parete miocardica necrotica può conservare un segnale velocimetrico in TDI
Con lo scopo di superare questi limiti si è affermato, più recentemente, lo STI (Speckle-
Tracking Imaging), una tecnica ultrasonografica non invasiva che consente di eseguire
una valutazione oggettiva e quantitativa della funzione miocardica regionale e globale. Essa vanta le seguenti caratteristiche:
• Si basa su immagini ottenute con tecnica ecografica in B-mode, in scala di grigi e con buona risoluzione spaziale: la qualità delle informazioni fornite dall’esame dipenderà essenzialmente dalla qualità delle immagini (fattore che implica la necessità di una buona finestra acustica) e dal corretto posizionamento delle regioni di interesse (ROI)
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• Minori artefatti da rumore rispetto al TDI
• Superamento della problematica dell’angolo di insonazione, che gli consente di misurare anche le deformazioni radiali e circonferenziali della parete miocardica, andando oltre lo studio esclusivo della funzione longitudinale
• Migliore riproducibilità e minore dipendenza dall’esperienza dell’operatore Nell’ambito di questa tecnica assume un ruolo centrale il concetto di deformazione miocardica, intesa come quella variazione di forma che si verifica quando due punti (speckles) vicini si muovono con velocità diverse. Con “speckles” si intendono, infatti, piccoli gruppi di pixel in scala di grigi creati dall’interazione tra il fascio di ultrasuoni e la parete miocardica. La procedura di speckle-tracking, ovvero di individuazione, “mappatura” di questi punti, seguita da un processo di regolarizzazione, consente di stimare i vettori di velocità istantanea di tutti i pixel e per ogni frame dell’acquisizione ecografica durante l’intero ciclo cardiaco94. Dunque, sostanzialmente, le frange di
interferenza costruttive e distruttive degli ultrasuoni che incontrano il miocardio, generando segnali rispettivamente di alta e bassa ampiezza, conducono alla formazione di quel pattern che è alla base dello STI.
La caratteristica distribuzione degli speckles viene poi seguita nel tempo di modo che, essendo noto il campo vettoriale della velocità di ogni pixel, e possibile ricostruire i profili di velocità radiale, longitudinale e circonferenziale, indipendentemente dall’angolo tra il fascio di ultrasuoni e la direzione del movimento di ogni segmento del miocardio95. Sono diversi gli indici valutabili con lo STI e includono: il longitudinal strain, che rappresenta la riduzione di lunghezza del miocardio durante la sistole (movimento dalla base del ventricolo verso l’apice) ed è espresso come variazione percentuale negativa96;
il radial strain che si definisce, invece, come l’ispessimento della parete miocardica durante la contrazione del ventricolo, valutabile in questo caso come variazione percentuale positiva con proiezioni in asse corto; vi è poi il circumferential strain, che rappresenta la variazione di lunghezza lungo il perimetro circolare, espressa da un valore percentuale negativo (riduzione della circonferenza ventricolare in sistole).
I parametri strain così definiti possono essere individuati per ciascun segmento miocardico in esame, ma possono anche essere riferiti all’intero ventricolo: in questo caso si parla di global strain, inteso come valor medio degli strain di tutti i segmenti ventricolari. Infine, è possibile derivare questi parametri secondo la variabile tempo,
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ricavando i corrispondenti strain rate, indicativi della velocità con cui si realizza la deformazione ventricolare.
Uno degli ambiti in cui la tecnologia speckle tracking trova oggi applicazione è proprio quello della diagnosi precoce della cardiomiopatia diabetica: questa tecnica ha infatti dimostrato la presenza di un danno miocardico in almeno il 30% dei pazienti diabetici, nonostante avessero un diametro ventricolare sinistro ed una FE nella norma97. Più precisamente lo STI ha rivelato il ruolo patogenetico centrale della disfunzione
longitudinale sistolica, e non solo di quella diastolica98, come segno di danno meccanico precoce nel cuore diabetico. A conferma di quanto detto, un recente studio99 si è proposto di evidenziare l’impatto del DM sulla funzione ventricolare sinistra di pazienti con esclusa diagnosi di ipertensione o patologia coronarica, rapportati a controlli sani: è stato dimostrato che rispetto a questi ultimi, i pazienti diabetici, seppur con FE conservata (>55%), presentavano una ridotta funzione longitudinale sistolica del VS (intesa come riduzione del longitudinal strain).
Oltre alla sua chiara utilità nell’ottica di una valutazione diagnostica precoce della DCM, il GLS ha anche dimostrato di rivestire un ruolo in senso prognostico nei pazienti che stanno andando in contro a scompenso cardiaco, come evidenziato dallo studio condotto da Adamo et al.100 Infatti, nei pazienti in scompenso iniziale, che sono stati in grado di normalizzare la loro FE al di sopra del 50%, è stato dimostrato che la presenza di valori ridotti di GLS si associa a quel subset di pazienti che con maggiore probabilità vedrà un successivo deterioramento della funzione ventricolare sinistra, a differenza dei pazienti che presentano invece valori normali di GLS (ossia sopra il 16% in valore assoluto). Queste evidenze giustificano quindi la scelta del global longitudinal strain (GLS) come indicatore precoce della DCM.
La valutazione del GLS prevede un processo abbastanza articolato101:
a) Si parte da una proiezione apicale asse-lungo (ovvero 3-camere), che consente inoltre di visualizzare la chiusura dei lembi valvolari aortici, evento essenziale per la fase di elaborazione delle immagini da parte del software (che indicherà peraltro con l’acronimo AVC, aortic valve closure)
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b) La macchina per, via automatica seleziona il frame tele-sistolico del ciclo cardiaco, con possibilità tuttavia, di una selezione o aggiustamento manuale da parte dell’operatore
c) Individuato il frame, l’operatore traccia manualmente il profilo endocardico del VS partendo da una delle estremità dell’anulus mitralico, e terminando nella controlaterale
d) A questo punto sarà il software ad individuare le ROI, che includano l’intero spessore miocardico, e a tracciare all’interno di queste, frame-by-frame, i vari
speckles. Successivamente divide il miocardio ventricolare sinistro in 6 settori
(contraddistinti da colori diversi) e per ognuno di questi valuta il segmental
longitudinal strain (SLS; rappresentato come tracciato continuo su un piano
cartesiano in funzione del tempo, sulla base del quale è possibile ricavare anche lo strain rate). Infine, dall’integrazione dei vari segmenti viene calcolato il GLS relativo alla proiezione in esame (apicale asse-lungo, nel caso specifico)
e) Lo stesso processo viene riproposto per le proiezioni apicali 4 camere e due camere, ricavando i rispettivi strains segmentali e globali
f) Per ciascuno dei tre GLS, rappresentati graficamente da una linea tratteggiata, come funzione continua rispetto alla variabile tempo, è possibile individuare il valore di picco detto GLPS (global longitudinal peak strain), in corrispondenza della fase tele-sistolica, indice del massimo accorciamento raggiunto e graficamente indicato dall’intersezione con la retta verticale corrispondente alla AVC
g) Dalla media dei tre GLPS si ottiene, infine, un unico valore quale indice globale della funzione sistolica del VS.
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Le figura che segue, esemplifica alcuni dei passaggi appena descritti.
Fig. 11. Esempio di acquisizione STI in proiezione apicale 2-camere. Identificazione del profilo endocardico, delle ROI e degli speckles miocardici (in alto a sinistra); suddivisione della parete del VS in 6 segmenti, con codice esacromatico standard (in basso a sinistra); grafici dei 6 SLS -
linee continue- e del GLS -linea bianca tratteggiata- in fumzione del ciclo cardiaco (in alto a destra); equivalente del grafico precedente espresso in scala cromatica dal blu al rosso per
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