Come abbiamo già discusso ampiamente in precedenza, gli effetti benefici dell’attività fisica sull’invecchiamento cardiaco, e sui meccanismi molecolari che li determinano, sono ormai sempre più chiari. Altresì scarseggiano le evidenze che indichino l’attività fisica come possibile presidio per il mantenimento nel tempo della
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performance ventricolare sinistra. Lo scopo del presente lavoro è quello di valutare, tramite il calcolo dello strain e dello strain rate longitudinale, mediante speckle tracking, la funzione globale e segmentale del ventricolo sinistro in due gruppi di soggetti anziani: il primo formato da atleti Master, che praticano attività fisica in maniera regolare da diversi decenni, il secondo da sedentari che non presentano importanti fattori di rischio o malattie cardiovascolari note. Noi ipotizziamo che, nonostante questi due gruppi di soggetti non presentino differenze evidenti dal punto di vista di età, BMI, pressione arteriosa, parametri ematochimici ed ecocardiografici standard, eccetto che per le diametrie ventricolari e gli indici di funzione diastolica, il gruppo degli atleti Master abbia una performance ventricolare sinistra migliore rispetto a quello dei sedentari, ed intendiamo dimostrarlo evidenziando le differenze fra i due gruppi nello strain e strain rate longitudinale del VS.
Protocollo di studio
Materiali e metodi: Per il nostro studio abbiamo selezionato 24 soggetti anziani, suddividendoli in due gruppi: il primo costituito da 12 atleti Master (età media 75,3 ± 4,3 anni), che da anni si sottopongono regolarmente ad allenamento di resistenza della durata di 1-2 h al giorno, 5 die/settimana, più una competizione podistica (maratona, mezza maratona o 20km di marcia) ogni 2-3 settimane; il secondo, di controllo, formato da 12 soggetti sedentari (età media 74,0 ± 7,0 anni) privi di patologie cardiovascolari note. I partecipanti allo studio dovevano presentare anamnesi negativa per cardiopatia ischemica nota (storia di pregresso IMA, angina pectoris, rivascolarizzazione miocardica) o sospetta (storia di dolore toracico tipico o equivalenti ischemici, segni ECG suggestivi di ischemia o necrosi, test provocativo positivo o dubbio per ischemia). Inoltre non sono stati compresi coloro che
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presentavano storia pregressa di eventi cerebrovascolari o arteriopatia periferica emodinamicamente significativa. Durante la visita sono stati misurati peso ed altezza, frequenza cardiaca, pressione arteriosa sistolica (PAS) e diastolica (PAD), per selezionare unicamente soggetti normotesi (PAS < 140 mmHg e PAD < 90 mmHg). È stato calcolato l’indice di massa corporea, per includere solo non obesi (BMI < 30 kg/m2). Sono stati effettuati come esami ematochimici colesterolo totale, HDL, LDL, glicemia a digiuno, per escludere ipercolesterolemia e diabete. Tramite l’ergospirometria è stato misurato il VO2max, valido indice di performance
cardiorespiratoria. È stato eseguito ECG basale e sotto sforzo per escludere aritmie e patologia ischemica cronica non riferite all’anamnesi. Successivamente è stato effettuato esame ecocardiografico standard, su paziente a riposo, tramite il quale sono stati misurate le dimensioni del ventricolo sinistro secondo le linee guida della società americana di ecocardiografia. La massa ventricolare sinistra è stata calcolata usando la formula di Devereux ed indicizzata sulla superficie corporea. La frazione d’eiezione (FE) ventricolare sinistra è stata misurata tramite il metodo di Simpson. La funzione diastolica è stata valutata tramite il Doppler transmitralico: sono state ricavate l’onda E, l’onda A ed il rapporto E/A.
Le immagini bidimensionali in B-Mode acquisite durante l’ecocardiografia sono state utilizziate per il calcolo dello strain (S) e dello strain rate (SR) mediante la metodica dello speckle tracking. Sono state sfruttate le proiezioni apicale 4-camere, apicale 2-camere e asse lungo apicale (o 3-camere) e registrati tre cicli cardiaci consecutivi in modo da essere a disposizione per l’analisi off-line; contemporaneamente è stato registrato un tracciato ECG con la funzione di indicare al software l’istante di inizio della sistole. Selezionando manualmente 7 regioni di interesse (ROI) è stato tracciato il bordo endocardico del ventricolo sinistro (VS) in
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telediastole; ognuna delle ROI viene automaticamente seguita dal software durante il ciclo cardiaco, in modo che questo sia in grado di calcolare il contorno endocardico nei frame successivi. Perciò il VS, in ciascuna delle tre acquisizioni, è stato suddiviso in 6 segmenti, per ciascuno dei quali il software è in grado di calcolare la deformazione e la velocità di deformazione (S e SR) sistolica miocardica. L’adeguatezza del posizionamento delle ROI viene valutato in tempo reale, in modo da poter effettuare manualmente delle correzioni opportune. Pertanto in ogni soggetto sono stati ottenuti 6 valori di strain segmentario e 6 di strain rate segmentario per ciascuna delle tre proiezioni analizzate: i segmenti basale, medio ed apicale di parete laterale e setto sono visibili nella 4-camere, quelli delle pareti anteriore ed inferiore nella 2-camere, quelli delle pareti antero-settale e posteriore nella 3-camere. Per ciascuna delle tre proiezioni del ventricolo sinistro il software ha calcolato inoltre lo strain e lo strain rate longitudinale medio. Il Global Longitudinal Peak Sistolic Strain (GLPSS), cioè lo strain globale medio, del ventricolo sinistro è stato registrato come la media dei tre strain longitudinali medi. Il software è inoltre in grado grado di elaborare il bull’s eye, il quale fornisce una rappresentazione bidimensionale della distribuzione dello strain segmentario del ventricolo sinistro. Al centro del bull’s eye sono presenti i segmenti apicali, alla periferia quelli basali.
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Figura 5 Esempio di bull's eye. Al centro sono rappresentati i segmenti apicali, in periferia quelli basali. La scala di colori, che vira dal blu (allungamento) al rosso (accorciamento), permette di individuare in maniera intuitiva i segmenti e più in generale le zone con strain
ridotto.
Lo strain longitudinale di ciascun segmento può essere rappresentato graficamente come una curva in funzione del tempo. Il software da noi utilizzato inserisce le curve di strain dei diversi segmenti di ciascuna specifica proiezione del ventricolo sinistro all’interno del solito grafico. In questa maniera è più facile evidenziare differenze sostanziali nella deformazione di segmenti miocardici diversi, inoltre è possibile documentare il ritardo nella contrazione di una porzione di muscolo cardiaco rispetto alle altre.
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Figura 6 Nelle immagini sulla sinistra il software mostra lo strain longitudinale dei 6
segmenti del VS in proiezione 3-camere. Nel grafico in alto a destra ciascuna curva, di colore diverso, rappresenta lo strain di un singolo segmento in funzione del tempo. La curva tratteggiata mostra l’andamento dello strain medio. Il nadir delle curve corrisponde alla chiusura della valvola aortica (AVC).
Analisi statistica
I valori dei parametri analizzati sono stati espressi come media ± deviazione standard. I confronti fra soggetti sono stati effettuati con il test t di Student per campioni indipendenti, per le variabili continue. Un valore di p < 0,05 è stato considerato statisticamente significativo. La correlazione di Pearson è stata usata per valutare la relazione lineare fra VO2max e strain longitudinale medio.
Risultati
Le caratteristiche cliniche dei soggetti in studio elencate di seguito (Tabella 1) mettono in evidenza che i due gruppi in studio sono stati selezionati in maniera tale
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da non differire in significativamente nei parametri di età, BMI, pressione arteriosa sistolica e diastolica, colesterolo totale ed HDL. Gli unici parametri per i quali gli atleti si distinguono dai sedentari sono la frequenza cardiaca (54,4 ± 5,1 bpm vs 65,0 ± 4,0 bpm) con p < 0,01 ed il VO2max (49,5 ± 3,8 ; 27,4 ± 4,4; p < 0,001)
Tabella 1
Atleti Sedentari Significatività
Età 75,3 ± 4,3 74,0 ± 7,0 ns BMI (kg/m2) 24,7 ± 07 25,1 ± 1,6 ns FC (bpm) 54,4 ± 5,1 65 ± 4,0 p < 0,01 PAS (mmHg) 129,5 ± 5,4 133,0 ± 9,0 ns PAD (mmHg) 80,7 ± 5,8 76,0 ± 7,0 ns Colesterolo tot (mg/dL) 190,0 ± 10,0 188,2 ± 13,0 ns HDL (mg/dL) 63,8 ± 9,0 58,5 ± 12,5 Ns VO2max (ml/kg/min) 49,5 ± 3,8 27,4 ± 4,4 p < 0,001
I parametri misurati con l’ecocardiografia bidimensionale standard mostrano una sostanziale somiglianza, nei valori, fra i due gruppi in studio. Spessore del setto (SIVd) e parete posteriore (PPd) in diastole, massa del ventricolo sinistro, indice di massa ventricolare sinistra (MVSi) risultano paragonabili. Differiscono invece i valori del diametro ventricolare sinistro in telediastole. Il Doppler transmitralico ci permette di documentare una maggiore velocità dell’onda A in diastole nei sedentari, rispetto agli sportivi, e, di conseguenza, una valore medio di E/A significativamente ridotto rispetto a quello dell’altro gruppo di studio.
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Tabella 2 DTD VS: diametro telediastolico ventricolo sinistro; SIVd: setto interventricolare in diastole; PPd: parete posteriore in diastole; FE: frazione d'eiezione; MVSi: indice di massa del ventricolo sinistro
Atleti Sedentari Significatività DTD VS (mm) 53,8 ± 4,4 47,2 ± 5,9 p < 0,01 SIVd (mm) 12,2 ± 1,3 12,5 ± 2,0 ns PPd (mm) 11,9 ± 1,1 11,8 ± 1,6 ns FE (%) 64,2 ± 5,2 66,9 ± 4,9 ns Massa VS (g) 134,2 ± 6,7 132 ± 39 ns MVSi (g/m2) 256,2± 12,8 252,0 ± 74,0 ns E (m/s) 58,4 ± 6,1 56,0 ± 6,3 ns A (m/s) 45,9 ± 7,5 64,8 ± 8,1 p < 0,01 E/A 1,20 ± 0,3 0,86 ± 0,2 P < 0,01
Malgrado non sia evidente una differenza significativa, nei valori medi della frazione d’eiezione, fra i due gruppi in studio, l’analisi dello strain e dello strain rate ha dimostrato una funzione sistolica longitudinale migliore negli atleti Master. I valori di GLPSS sono risultati ampiamente superiori a quelli dei pari età sedentari (-22,9 ± 1,3 vs -19,7 ± 3,5 ; p < 0,005). Alla stessa maniera si presentano più elevati anche i valori dello strain rate medio (-1,39 ± 0,16 vs -1,21 ± 0,22 ; p < 0,005)
45 Figura 7 Global longitudinal peak sistolic strain (%)
Figura 8 Strain rate medio (1/s)
Abbiamo in seguito ricercato le differenze nello strain segmentario fra le varie regioni del ventricolo sinistro. Abbiamo preso in considerazione in special modo il setto e la parete laterale. Per queste due pareti è stato calcolata la media dello strain longitudinale di ogni singolo segmento: basale, medio ed apicale. La tabella 3 raccoglie i valori medi di strain dei segmenti presi in considerazione. È stato evidenziato per tutti e due i gruppi in studio un gradiente di deformazione che si muove dalla base verso l’apice: sia negli atleti Master che nei sedentari il valore di strain longitudinale medio nel segmento basale è significativamente minore rispetto a quello del segmento medio, che a sua volta è minore rispetto a quello del segmento apicale. Gli unici segmenti in cui questo gradiente non si osserva in maniera significativa sono il basale ed il medio della parete laterale nei soggetti allenati (-19,1
-22,94 -19,67 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 1
GLPSS
Atleti Sedentari -1,39 -1,21 -2 -1,5 -1 -0,5 0 1Strain rate
Atleti Sedentari46
± 6,6 vs -20,5 ± 4,2; n.s.). Tale gradiente sembra avere una maggiore importanza negli atleti rispetto ai sedentari. Ad esempio, paragonando i valori della base con quelli del segmento medio della parete settale, abbiamo osservato una differenza statisticamente più rilevante in chi pratica regolarmente attività fisica (base - segmento medio: -18,9 ± 4,7 -> -24,5 ± 3,8 ; p < 0,0025) che nei sedentari (base - segmento medio: -16,2 ± 3,2 -> 19,7 ± 3,5 ; p < 0,01). Confrontando i due gruppi per i valori di strain segmentario medio è stato osservata negli atleti una deformazione longitudinale del ventricolo sinistro maggiore per ciascuno dei segmenti analizzati, anche se questa risulta statisticamente significativa solo nei segmenti apicali di ciascuna delle due pareti e nel segmento medio della parete settale, come mostrato nella Tabella 3. Mettendo a confronto i segmenti speculari delle due pareti ventricolari, cioè quelli che si trovano alla solita altezza lungo l’asse longitudinale (es. settale apicale vs parietale apicale; basale settale vs parietale basale), è stata osservata in tutti e due i gruppi in studio la tendenza, non sempre significativa, a presentare valori di strain più elevati nella parete settale che nella laterale. La differenza significativamente maggiore è rilevata a livello dei segmenti medi del ventricolo sinistro degli atleti Master (-24,5 ± 3,8 vs -20,5 ± 4,2 ; 0,025 < p <0,01). Per quanto detto precedentemente appare naturale che il valore di strain segmentario medio più elevato sia stato rintracciato a livello apicale nella parete settale del ventricolo sinistro degli anziani allenati ( -29,8 ± 3,5).
Tabella 3 Confronto fra valori di strain segmentario nei due gruppi in studio: i valori di strain degli atleti tendono ad essere superiori a quelli dei sedentari in tutti i segmenti, ma in maniera statisticamente significativa solo nei segmenti apicali e in quello medio del setto.
Atleti Sedentari Significatività Parete lat. Base -19,1 ± 6,6 -16,4 ± 3,1 n.s.
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Seg. Medio -20,5 ± 4,2 -18,3 ± 4,1 n.s. Apice -27,0 ± 3,9 -22,8 ± 3,6 p < 0,01 Setto interv. Base -18,9 ± 4,7 -16,2 ± 3,2 n.s.
Seg. Medio -24,5 ± 3,8 -19,7 ± 3,5 p < 0,005 Apice -29,8 ± 3,5 -24,6 ± 3,4 p < 0,001
L’istogramma in figura 9 evidenzia graficamente in quale misura lo strain longitudinale sia diffusamente più elevato nel gruppo degli atleti Master.
Figura 9 Nell'istogramma sono confrontati i valori di strain segmentale medio nelle pareti settale e laterale del ventricolo sinistro dei due gruppi in studio. b: base; m: segmento
medio; a: apice
Infine è stata valutata l’ipotesi della correlazione fra strain longitudinale medio e VO2max. Il coefficiente di Pearson in entrambi i gruppi in studio è risultato positivo,
quindi all’aumentare dello strain, è stata mostrata la tendenza all’aumento del valore di VO2max. Il valore di ρ è risultato statisticamente significativo in ciascuno dei due
gruppi (ρ sedentari: 0.579 p < 0,01 ; ρ atleti: 0,479 p < 0,01). Abbiamo in seguito sfruttato i valori di strain medio e VO2max di ciascun soggetto dello studio per
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 b m a b m a
Setto Parete lat
-18,9 -24,5 -29,8 -19,1 -20,5 -27 -16,2 -19,7 -24,6 -16,4 -18,3 -22,8 Str ai n m e d io ( % ) Atleti Sedentari
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costruire un grafico di regressione lineare (Figura 10), in grado di rappresentare in maniera più appropriata il concetto enunciato precedentemente.
Figura 10 Associazione fra strain longitudinale medio e VO2max
Discussione
Anche quando non insorgono patologie invalidanti, l’invecchiamento è caratterizzato dalla perdita progressiva dell’integrità fisica della persona, e quindi della sua capacità mantenimento, rispetto al giovane e all’adulto di mezz’età, di una vita altrettanto attiva. Non è semplice differenziare un anziano “in salute”, cioè che continua a svolgere la maggior parte delle attività che svolgeva in precedenza, da uno solamente sano. Tramite il nostro studio abbiamo potuto osservare che gli anziani privi di patologie o fattori di rischio cardiovascolare che non praticano attività fisica, ad ogni modo presentano dei valori di BMI, pressione arteriosa sisto-diastolica, colesterolo totale, HDL del tutto paragonabili a quelli di soggetti di pari età che praticano attività fisica intensa. La frequenza cardiaca era invece significativamente ridotta negli atleti Master, rispetto ai sedentari, ma questo dato non ci sorprende, in quanto l’attività fisica, soprattutto quella di resistenza, aumenta il tono parasimpatico nel soggetto a riposo. A fronte della modica differenza nei parametri antropometrici e
0 10 20 30 40 50 60 10 15 20 25 30 VO2m ax(m l/ kg/m in )
strain longitudinale medio (%)
Atleti Sedentari Lineare (Atleti) Lineare (Sedentari)
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biochimici, i soggetti attivi presentano una performance cardiorespiratoria nettamente migliore rispetto ai sedentari. Il VO2max parametro che quantifica in
maniera oggettiva la performance cardiorespiratoria, è nettamente migliore negli atleti Master (p < 0,001). VO2max è ampiamente influenzato dalla funzione di
pompa del cuore. I parametri ecocardiografici standard analizzati nel nostro studio confermano che la classica riduzione della funzione diastolica del ventricolo sinistro, che, come si evince dalla letteratura, è tipica dell’invecchiamento cardiaco, risulta mitigata negli sportivi (E/A: 0.86 ± 0,2 ; 1,20 ± 0,3 p < 0,01). Il VS degli atleti presenta in telediastole un diametro maggiore, a fronte di una sostanziale equivalenza nell’indice di massa ventricolare rispetto ai sedentari. Infatti la tendenza, soprattutto in coloro che praticano attività di endurance è all’aumento importante delle diametrie ventricolari e solo modico della massa; il classico invecchiamento cardiaco, tipico del sedentario, è invece caratterizzato dalla riduzione delle diametrie ventricolari. I valori di strain e lo strain rate longitudinale, misurati mediante speckle tracking, sono risultati molto utili nell’analisi della funzione sistolica del ventricolo sinistro, a differenza della frazione d’eiezione, che è scarsamente indicativa in quanto troppo influenzata dal precarico. Lo speckle tracking è una metodica intuitiva, di semplice applicazione, ed a differenza del Tissue Doppler non ha il limite dell’angolo dipendenza; per questo motivo i valori misurati nei segmenti apicali sono più attendibili. Il problema maggiore è la ricerca di finestre ecografiche che forniscano un’adeguata qualità di immagine: senza queste il software non è in grado di seguire il movimento del miocardio durante le varie fasi del ciclo cardiaco. Recenti pubblicazioni basate sull’analisi speckle tracking dello strain (non solo longitudinale, ma anche rotazionale, circonferenziale e del gradiente di torsione) hanno messo in relazione l’invecchiamento ventricolare sinistro, e quindi la riduzione della funzione sistolica, con il decremento della deformazione di ciascun segmento del VS lungo
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l’asse longitudinale, parzialmente compensata da un aumento del gradiente di torsione del miocardio. Il nostro studio mostra che sia lo strain longitudinale medio (- 22,9 ± 1,3 vs -19,7 ± 3,5 ; p < 0,005), sia lo strain rate (-1,39 ± 0,16 vs -1,21 ± 0,22 ; p < 0,005), sono significativamente migliori nei soggetti allenati rispetto agli anziani sedentari. Inoltre i valori di strain longitudinale medio che abbiamo misurato negli atleti Master si avvicinano molto ai tipici valori medi dei giovani adulti (-21% ; - 23%) secondo la letteratura. Questo suggerisce che l’attività fisica sia in grado di modulare positivamente la contrazione del miocardio ventricolare sinistro, in special modo la componente di deformazione longitudinale. In altri termini, come noto, l’invecchiamento limita la funzione sistolica del ventricolo sinistro andando a colpire prevalentemente la componente di deformazione longitudinale: sembra che l’attività fisica possa avere un ruolo nel preservare proprio questa componente. Questi dati, che mostrano il miglioramento funzionale del ventricolo sinistro, trovano spiegazione nelle recenti acquisizioni sugli effetti dell’allenamento aerobico sulla muscolo cardiaco (ridotta perdita di cardiomiociti, aumento della sintesi armonica di proteine sarcomeriche, decremento della fibrosi). L’analisi dello strain segmentario medio mostra la presenza di un gradiente base-apice, in linea con quanto affermato dalla maggior parte delle recenti pubblicazioni. Tutti e due i gruppi in studio presentano i valori più bassi di strain a livello della base, e quelli più elevati a livello apicale. Nel nostro lavoro possiamo annotare che tale gradiente è maggiormente significativo nei soggetti allenati (atleti: base - segmento medio: -18,9 ± 4,7 -> -24,5 ± 3,8 ; p < 0,0025 vs sedentari: base - segmento medio: -16,2 ± 3,2 -> 19,7 ± 3,5 ; p < 0,01), ma l’ampiezza del campione non è adeguata a consentire di trarre conclusioni affrettate al riguardo. La funzione sistolica del ventricolo sinistro non può però essere definita unicamente dalla deformazione longitudinale. Uno dei maggiori limiti del nostro studio è stato quello di non avere avuto la possibilità di
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utilizzare un software adatto a misurare anche le deformazioni radiale e circonferenziale e il gradiente torsionale, componenti della cinetica ventricolare ampiamente modificate dall’invecchiamento. In special modo l’analisi del gradiente torsionale potrebbe essere utile per chiarire, in un futuro prossimo, se l’incremento adattativo della torsione ventricolare nell’anziano, possa essere mitigato dall’attività fisica regolare.
Concludiamo facendo una considerazione generale sulla correlazione fra strain longitudinale medio, sfruttato come indice di funzione sistolica del ventricolo sinistro, e VO2max, parametro di funzione cardiorespiratoria. Il grafico di
regressione lineare in figura 10 mostra, nei due i gruppi che abbiamo analizzato, una correlazione positiva fra i valori di strain e VO2max: soggetti con deformazione
longitudinale maggiore raggiungono sotto sforzo massimale il plateau dell’ossigeno ad un livello più elevato. Possiamo osservare però che a parità di strain longitudinale, i soggetti sedentari presentano valori di VO2max minore rispetto agli atleti Master. Il
mantenimento della funzione sistolica del ventricolo sinistro non è infatti in grado di permettere da solo la conservazione di un’adeguata performance cardiorespiratoria. A ciò concorrono diversi altri fattori, sui quali l’esercizio fisico ha comunque un effetto benefico, come mantenimento della massa muscolare, della funzione endoteliale, della funzione polmonare.
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