STRUMENTI PER IL MONITORAGGIO CARDIACO E LA VALUTAZIONE DELLA HRV A CONFRONTO

Nella cardiologia umana e veterinaria sono stati sviluppati vari dispositivi medici per il monitoraggio ambulatoriale dell’Elettrocardiogramma e per l’analisi della HRV. Alcuni monitor registravano i segnali ECG in modo continuativo per una successiva analisi, altri invece, trasmettevano il segnale ECG radio-telemetricamente ad un terminale per essere visualizzati in tempo reale. Il sistema Holter e la Telemetria sono tra i più conosciuti ed impiegati.

Negli ultimi tempi, le differenze tra i due sistemi sono diminuite, poiché stanno emergendo nuovi dispositivi in grado sia di memorizzare che trasmettere i dati ECG in tempo reale, per essere analizzati ulteriormente in un secondo momento.

Oggi la distinzione fra il Sistema Holter e la Telemetria è effettuata in base agli usi clinici, ovvero se l’acquisizione del tracciato viene effettuata con il soggetto a riposo in modo continuativo (Holter), o se durante l’esercizio (Telemetria).

I dispositivi Holter, a seconda del modello, permettono fino a una settimana di registrazione. Questo tipo di monitoraggio è utile soprattutto per diagnosticare le aritmie intermittenti, ma richiede molto tempo per processare il tracciato, e dato che gli algoritmi in uso sono previsti per l’impiego sull’uomo, non sempre sono accurati quando si analizzano i tracciati ECG equini.

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L’Holter è consigliato soprattutto per registrazioni con il cavallo a riposo in un box o paddock, durante un esercizio leggero, o nell’endurance dove non è possibile seguire il percorso del cavallo o rimanere nel campo del segnale radio.

La Telemetria, invece, trasmette il segnale ECG a un terminale distante che può essere visualizzato senza un’immediata analisi dettagliata. Questo implica la presenza di un osservatore esperto che identifichi le eventuali anomalie e intervenga se necessario(Marr, Bowen, 2010).

Telemetria

Le applicazioni più importanti della Telemetria nella cardiologia equina erano e sono principalmente due:

1) Diagnosticare e valutare le varie aritmie nei cavalli, soprattutto registrando l’attività del cuore sotto stress

2) Trovare una base fisiologica affidabile per stimare il grado di fitness e

formazione del cuore equino (Glendinning, 1969)

Nel libro “Cardiology of the horse” Marr e Bowen (2010) affermano che l’elettrocardiografia sia il gold standard per la diagnosi definitiva dei disturbi del ritmo e per il monitoraggio della frequenza cardiaca durante l’esercizio fisico. Inoltre spiegano come il monitoraggio continuo possa essere effettuato con la Telemetria posizionando gli elettrodi in una configurazione “apice-base” modificata, collegati ad un trasmettitore che invia i segnali ad un ricevitore. Il collocamento degli elettrodi può essere a livello della base del collo e sul fianco o sotto un fascione a livello di sesto o settimo spazio intercostale. Il segnale viene poi trasmesso ad un oscilloscopio, per poter digitalizzare o stampare il tracciato ECG. Questo sistema risulta molto utile combinandolo con vari test da sforzo che imitano o superano la normale capacità d’esercizio del cavallo.

Trachsel et al (2010) hanno effettuato uno studio su 10 cavalli sportivi sani per determinare la percentuale di accordo intra e inter-osservatori veterinari con differente livello di esperienza, nel rilevamento delle aritmie a riposo, durante e dopo l’esercizio, utilizzando un dispositivo ECG Telemetrico digitale (Telvet-100). Considerando la posizione e il fissaggio degli elettrodi molto influenti sulla qualità

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della registrazione, l’acquisizione dei tracciati è stata effettuata ponendoli, senza ricorrere alla tosatura, nel seguente modo: 1 ventralmente, circa 5 cm caudalmente all'olecrano (cioè a livello del passaggio del sottopancia); 2 sul torace sinistro, circa 30 cm sotto il garrese a livello del sesto o settimo spazio intercostale; infine, l’elettrodo di messa a terra, sul torace destro, circa 50 cm sotto il garrese a livello del sesto o settimo spazio intercostale. Gli elettrodi sono stati ben fissati con un fascione. Dallo studio è emerso che la concordanza intra ed inter-ossrvatori per il riconoscimento e la classificazione delle aritmie era buona nei tracciati a riposo, mentre era scarsa in quelli durante ed immediatamente dopo l’esercizio. Inoltre l’accordo tra gli osservatori era proporzionale all’esperienza.

I risultati evidenziano ulteriormente la necessità di registrazioni di alta qualità e un'adeguata formazione degli osservatori, in particolare per la valutazione di ECG registrati durante l'esercizio. Infine gli autori reputavano necessario effettuare altri studi su un maggior numero di cavalli sani e cavalli con malattie cardiache, per determinare la prevalenza di aritmie patologiche in cavalli sportivi sia a riposo, che durante l'esercizio e il recupero. Lo scopo è definire i valori di cut-off per il numero di eventi del ritmo che dovrebbero essere considerati patologici, e per definire con maggiore precisione l'affidabilità della diagnosi delle aritmie patologiche tramite l’ECG a riposo e sotto sforzo.

Sempre nel 2010, Verheyen et al, illustrano come ottenere una buona registrazione ECG nel cavallo. L’equipaggiamento base, secondo loro, consiste in: elettrodi, un sistema di registrazione e un display dove visualizzare il tracciato. Per quanto riguarda gli elettrodi, sconsigliano l’uso dei morsetti da applicare alla pelle del cavallo poiché possono risultare dolorosi e provocare reazioni irritanti, oltre che artefatti. Gli elettrodi autoadesivi, invece, oltre ad essere maggiormente tollerati, migliorerebbero la qualità della registrazione. Sarebbe conveniente usare gli elettrodi specifici per i cavalli, poiché contengono più gel, che ne aumenta il contatto con la pelle, e una colla più forte, che li mantiene in posizione, soprattutto durante il movimento. Generalmente non è necessario tosare il cavallo, ma basta aggiungere ulteriore gel, nel caso di pelo invernale, o altra colla, in caso di forte sudorazione. Per quanto riguarda il dispositivo di registrazione, si possono utilizzare sistemi ambulatoriali, oppure sistemi telemetrici o Bluetooth che possono registrare e/o

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inviare il segnale ECG durante l’esercizio. La Telemetria, secondo gli autori, ha il vantaggio di permettere il monitoraggio real-time battito per battito.

Non essendo presente un software specifico per il cavallo, si applicano quelli ad uso umano e per animali di piccola taglia, ma data l’ampiezza dell’onda T nell’ECG equino, questi algoritmi spesso commettono degli errori nell’analisi del tracciato; resta quindi necessario l’esame visivo dell’ECG.

La registrazione dovrebbe essere effettuata per almeno 24 ore consecutive per poter avere un buon valore diagnostico, dato che nella maggior parte dei casi le aritmie non sono presenti di continuo. Inoltre, in alcuni casi, aritmie presenti a riposo possono scomparire durante l’esercizio, mentre altre compaiono solo durante l’attività fisica. Per questo motivo è importante effettuare l’ECG sia in condizioni di riposo che sotto sforzo (Morris and Seeherman, 1991; Scheffer and Sloet van Oldruitenborgh-

Oosterbaan, 1996).

Per quanto riguarda le derivazioni, per gli animali di grossa taglia non è stato ancora definito un sistema universalmente accettato (Reef and McGuirk, 2002).

Solitamente si usa una singola derivazione (Holmes, 1984), ma il vantaggio delle derivazioni multiple è che ciascuna rileva la differenza di potenziale tra i due elettrodi di un unico angolo, differenziando così i complessi normali da quelli anomali (Reimer et al, 1992). Inoltre, se uno degli elettrodi si stacca l’acquisizione può continuare comunque, grazie alle altre derivazioni (Holmes, 1984).

I sistemi più utilizzati sono quelli basati su 4 elettrodi: solitamente l’elettrodo nero (neutro) serve da riferimento per l’elettrocardiografo e può essere posizionato in qualsiasi punto del corpo; i restanti 3 elettrodi servono per formare tre derivazioni. L’elettrodo rosso (negativo) è posizionato a destra del garrese, e insieme all’elettrodo giallo (positivo) sul fianco sinistro (6° spazio intercostale) formano la prima derivazione; l’elettrodo rosso e il verde (positivo) posto sul torace sinistro subito dietro all’articolazione del gomito, formano la seconda derivazione; la terza derivazione si crea fra l’elettrodo giallo e il verde (Fregin, 1985). I sistemi più moderni registrano contemporaneamente le tre derivazioni, mentre quelli più vecchi richiedono un comando manuale per variare da una derivazione all’altra.

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Nei cavalli, comunque, contrariamente da quanto affermato da Trachsel, la posizione degli elettrodi non è rigorosamente definita, e può essere adattata in base alle circostanze. In ogni caso, gli elettrodi devono essere posizionati lungo l’AEM, il quale è diretto dall’apice cardiaco verso la base, leggermente craniale e verso destra. Ciò significa che un elettrodo va posizionato nella regione inferiore del torace vicino all’apice cardiaco, tra il gomito e la regione xifoidea, mentre il secondo elettrodo va posizionato più dorsale, verso la base del cuore, tra la spalla e il garrese (Verheyen et

al, 2010).

Holter

Per quanto riguarda il sistema Holter, Bussadori et al (1997) ne descrivono le applicazioni cliniche in cardiologia equina. Definito come elettrocardiografia dinamica, l’Holter consente di effettuare registrazioni prolungate nel tempo (da 24 ore fino 7 giorni), permettendo al paziente di continuare a svolgere la consueta attività quotidiana ed eliminando, in tal modo, eventuali fattori esterni legati all’esecuzione di un esame in grado di influenzarne i risultati (contenzione dell’animale, presenza di estranei, etc…).

Per l’applicazione degli elettrodi, Bussadori e colleghi affermano che per il loro studio hanno preparato adeguatamente la cute mediante tricotomia della parte, sgrassandola con etere e sfregandola con apposite spugnette in modo da produrre una leggera abrasione degli strati epiteliali più superficiali. Questo per ottenere delle impedenze inferiori ai 2 Ohm, al di sopra delle quali non è possibile realizzare registrazioni tecnicamente valide. Per il posizionamento degli elettrodi, gli autori indicano il terzo inferiore del torace, caudalmente all’articolazione del gomito ed approssimativamente, a livello di giunzione costo-condrale, a destra e a sinistra. Questa localizzazione ha permesso di ottenere derivazioni che evidenziassero onde P di notevoli dimensioni e complessi QRS monofasici. Infine hanno fissato adeguatamente sia gli elettrodi che il registratore al corpo dell’animale, assicurando l’intera apparecchiatura al torace con fasce elastiche adesive. Questa metodica risulta essere utile in cardiologia equina soprattutto per la diagnosi di aritmie e la valutazione della terapia antiaritmica.

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Nel 2009 Physick-Sheard e McGurrin hanno elencato le caratteristiche che dovrebbe avere un buon dispositivo di monitoraggio cardiaco, in particolare l’Holter, per l’uso nel cavallo, evidenziando 5 punti critici: gli elettrodi, la posizione degli elettrodi, l’imbracatura, il dispositivo di registrazione e il software di analisi.

Gli elettrodi sono il punto più debole in ogni sistema ECG per cavalli, soprattutto durante il movimento. Devono avere un’alta conduttività elettrica, non devono causare fastidio (fisico o chimico) all’animale, devono essere sottili, flessibili, adattabili alla superficie della pelle ed immobili, resistenti, facilmente applicabili previa una minima preparazione della pelle, non dovrebbero richiedere la tricotomia della parte, non dovrebbero richiedere colla o gel, ma solo acqua, devono essere mantenuti puliti e protetti dalla polvere e dalle proteine accumulate col sudore. Dato che il movimento è un problema, questo può essere minimizzato applicando una imbracatura che copra gli elettrodi. Questa deve avere una minima o nulla tendenza a muoversi, deve rivestire completamente gli elettrodi, in modo da non permettere al cavallo di toccarli o di staccare i fili, deve essere regolabile, deve avere un punto dove poter assicurare il dispositivo di registrazione, ed infine, deve essere comoda. Gli elettrodi, da 4 a 8, devono essere applicati su entrambi i lati del torace, in modo che stiano il più fermi possibile, applicando se necessario un’imbottitura per mantenere il contatto con il corpo. Il dispositivo di registrazione deve essere piccolo, leggero e resistente, digitale, a batterie, e deve usare flash memory cards per memorizzare i dati ECG. I software in uso per l’analisi Holter sono quelli previsti per l’uso in umana. Questo provoca degli errori di valutazione e richiede la revisione manuale da parte di esperti cardiologi dei tracciati acquisiti.

In conclusione, tra gli svantaggi di questi dispositivi bisogna evidenziare che gli artefatti sono maggiori durante l’esercizio, soprattutto nei cavalli con un body

condition score (BCS) elevato, con un torace particolarmente tondo (a botte), nei

quali il segnale ECG è più disturbato dal rumore rispetto a quello di cavalli sportivi con la pelle sottile. È necessario quindi usare elettrodi di grande qualità, sebbene in alcune razze a pelo lungo sia necessario comunque tosare e/o aggiungere della colla

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In campo umano stanno emergendo nuovi dispositivi di monitoraggio cardiaco basati sulla tecnologia dei “tessuti intelligenti” E-textile che ovviano a molti dei limiti e dei difetti presenti nei sistemi Holter e Telemetria. Sono stati effettuati diversi studi su dispositivi Wearable e texitle, già a partire dal 2003 da Catrysse et al. Considerando che i sistemi di monitoraggio utilizzati di solito adottano i convenzionali sensori che provocano irritazione cutanea, allergia e intralciano i movimenti per la presenza dei fili, applicarono le elettroniche Wearable e i tessuti intelligenti in ambito medico. Integrando i sensori, l’elaborazione dei dati, la registrazione e il circuito di trasmissione in un capo vestiario, riuscirono ad incrementare il comfort, la mobilità e la privacy dei pazienti. Inoltre, tramite questo tipo di sistema integrato, furono in grado di acquisire sia il segnale ECG che la frequenza respiratoria.

Negli ultimi dieci anni i ricercatori hanno approfondito i loro studi in questo tipo di dispositivo, migliorandone sempre di più le caratteristiche (Welch et al, 2004;

Coosmans et al, 2005; Sagahyroon et al, 2009; Jourand et al, 2009; Lobodzinski, 2013; Barrette et al, 2013).

Di particolare rilievo è il lavoro effettuato negli ultimi anni da Paradiso e colleghi, i quali in diversi articoli espongono le qualità e le performance dei tessuti Smart textiles, applicati prevalentemente in campo umano.

Il sistema di monitoraggio definito “wearable health care system” è basato su un tessuto di interfaccia indossabile attuata integrando sensori, elettrodi e connessioni in forma di tessuto, tecniche avanzate di elaborazione del segnale, e moderni sistemi di telecomunicazione. Sensori, elettrodi e connessioni sono realizzai con tessuto elastico conduttivo e piezoresistivo, in un unico passaggio.

Il sistema è stato creato principalmente per essere usato sull’uomo, per l’emergente bisogno di essere a conoscenza dello stato di salute e di avere un contatto interattivo con i servizi di assistenza sociale. La nuova interfaccia, infatti, permette un controllo remoto continuo, mentre il paziente si trova in un ambiente “naturale” senza alcun disagio e senza interferire con le attività giornaliere.

L’approccio tessile per la produzione di elementi sensibili incorporati in articoli di abbigliamento, permette di ottenere il monitoraggio dei pazienti a lungo termine e a basso costo, con la possibilità di personalizzare facilmente il sensore in base alle esigenze di ogni individuo. Percependo interfacce progettate per essere minimamente

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invasive, basate su tecnologie flessibili e conformabili al corpo del soggetto, sono anche utili per fornire assistenza, ad esempio, nella riabilitazione da malattie cardiache o nella prevenzione di crisi acute, e per il monitoraggio dei lavoratori impegnati in condizioni ambientali o di stress estreme.

Inoltre, fornendo un feedback diretto agli utenti, tramite un sistema a corto raggio miniaturizzato integrato nel “capo sensibile” che invia i segnali alla Wealthy-box/PC, PDA, o telefono cellulare, essi possono agire sul livello di consapevolezza permettendo un miglior controllo delle proprie condizioni. La registrazione simultanea dei segnali vitali permette l’estrapolazione dei parametri e la definizione di indici correlati a tutta la serie di segnali registrati.

Il sistema è sviluppato in 4 moduli funzionali: rilevamento, costituito dall’interfaccia Wealthy, condizionamento dei segnali (filtraggio e amplificazione), elaborazione dei segnali nella Unità Portatile Paziente (PPU) e trasmissione dei dati in modalità wireless dalla PPU al sistema di monitoraggio a distanza, in quasi-real-time.

I segnali ECG sono campionati a 250 Hz dal PPU. L’elaborazione locale viene applicata per calcolare i parametri come la frequenza cardiaca e la durata dei QRS su un numero significativo di campioni. Per ridurre la quantità di dati trasmessi via GPRS, i segnali ECG vengono decimati per avere una frequenza di campionamento di 100 Hz.

Le funzioni principali sono:  Tacogramma  Rilevazione onda T

 Livello dell’onda T rispetto all’onda R



La respirazione e il movimento vengono acquisiti dai sensori piezoresistivi, campionati a 16 Hz. I segnali provenienti dai sensori vengono trasmessi senza elaborazione locale.

Gli elettrodi in tessuto conduttivo sono stati realizzati con una fibra costituita da due fili di acciaio inossidabile (ɸ=35µm) intrecciati intorno ad un filo di viscosa tessile (Elite di Lineapiù Spa, Italia). Gli elettrodi sono stati lavorati utilizzando la tecnica tubulare a intarsio per ottenere una doppia faccia, dove la parte esterna non è

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conduttiva per isolare l’elettrodo dall’ambiente esterno. Il tessuto di base (non sensibile) è lo stesso filato utilizzato come nucleo dei fili conduttivi. Per migliorare la qualità del segnale elettrico in condizioni dinamiche, è stata applicata una membrana di idrogel (ST & D Ltd, Belfast, UK), il cui uso non è strettamente necessario in condizioni di riposo, ma risulta fondamentale quando l’utente è impegnato in una forte attività fisica. L’influenza della membrana sulla qualità dei segnali è dovuta a due fattori principali: miglioramento del contatto tra il tessuto e la pelle, e presenza di ioni nella membrana che intercettano il flusso di carica attraverso l’interfaccia. La qualità del segnale migliora anche quando la “maglia sensibile” viene utilizzata in condizioni di forte traspirazione. Il sudore, infatti, essendo un liquido fisiologico contiene diversi ioni, e un tessuto bagnato è più adesivo di uno asciutto. La percentuale di metallo presente negli elettrodi è del 30% e la sensazione ruvida viene minimizzata dalla presenza della membrana.

I sensori piezoresistivi sono stati realizzati con tessuto in lycra ricoperto di gomma al carbonio carico e fili elettro-conduttivi (PAC 250 DTX x 1, da Europa NCT, Polonia). Questi tessuti si comportano come sensori estensimetrici e mostrano proprietà piezoresistive in risposta ad uno stimolo meccanico esterno. In questo caso, sono sensibili alle variazioni della circonferenza toracica o addominale che si verificano durante la respirazione. Si è optato per il tessuto in lycra per la maggiore efficienza mostrata, in termini di qualità del segnale, rispetto ad altri tipi di tessuto. Il comportamento del tessuto piezoresistivo è diverso a seconda della direzione in cui viene esteso. Il sensore è stato integrato e progettato in modo da ottenere il miglior compromesso tra sensibilità e stabilità.

Le connessioni sono state realizzate mediante la tecnica tubulare a intarsio, e tramite la tecnica Vanisé è stato aggiunto un ulteriore strato. La configurazione finale è una struttura multistrato in cui la superficie conduttiva è inserita tra due superfici tessili isolate. Lo stesso filo conduttore è stato utilizzato per gli elettrodi e le connessioni

(Paradiso et al, 2005; Scilingo et al 2005).

Parallelamente alle esigenze riscontrate in campo umano, nel senso di comodità ma anche di accuratezza e affidabilità nel monitoraggio e acquisizione dei segnali fisiologici, è cresciuto il desiderio di voler applicare i sistemi Wearable anche agli animali, ed in particolare ai cavalli.

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Un recente articolo del 2014 di McGreevy et al esprime proprio questa aspirazione, visto il crescente interesse per il benessere animale. In questo articolo è descritto il notevole potenziale dei cosiddetti tessuti intelligenti di nuova generazione, ovvero dispositivi che misurano la pressione, la tensione, l’umidità e il calore attraverso l’interfaccia cavallo-uomo. La tecnologia wireless e le tecniche sperimentali, possono essere adattate alla misurazione e al monitoraggio dei parametri fisiologici equini.

Attività, come la respirazione, l'estensione e la flessione della cinematica degli arti, e la funzione cardiaca, possono essere registrati come indicatori di condizionamento fisiologico e comportamentale (allenamento).

L’aspettativa dei ricercatori è che tali metodi di rilevazione possano, un giorno, non solo sostenere la diagnostica veterinaria, ma svolgere anche un ruolo nella salvaguardia del benessere dei cavalli sportivi, soprattutto in contesti d'elite dove il cavallo può essere spinto ai suoi limiti funzionali.

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CAPITOLO 5