2. Scopo dello studio
Il presente studio può essere suddiviso in due parti, in virtù del suo duplice obiettivo: (a) la prima parte, di carattere metodologico, è stata dedicata alla valutazione della riproducibilità della metodica dual beam per quanto riguarda la stima del Wall Shear Rate; (b) nella seconda parte, invece, dopo aver acquisito un primo dataset di WSR carotideo in soggetti normali e aterosclerotici, sono state analizzate, dal punto di vista fisiopatologico, le possibili relazioni esistenti fra WSR, geometria e indici di rigidità arteriosa in una popolazione di soggetti normali.
3. Materiali e metodi
3.1 Popolazione dello studio: caratteristiche cliniche
Sono stati studiati 42 soggetti (maschi 15, femmine 27, età media 39±14, range 18-88 anni), selezionati in base ai criteri sotto indicati, riferiti all’Ambulatorio Cardiologico della Medicina Generale 3:
• Assenza di placca carotidea (ispessimento focale > 1.5 mm).
• Assenza di ipertensione arteriosa definita come pressione arteriosa sistolica (PAS) ≥140 mmHg e/o pressione arteriosa diastolica (PAD) ≥ 90 mmHg in almeno tre misurazioni, eseguite in ambiente tranquillo negli ultimi due mesi e assenza di terapia farmacologica in atto.
• Valori di glicemia a digiuno < 7 mmol/L e < 11 mmol/L a due ore dalla somministrazione orale di 75 mg di glucosio (OGTT).
• Colesterolo plasmatico totale < 7.8 mmol/L e assenza di terapia ipolipemizzante in atto. • Trigliceridi plasmatici < 4.6 mmol/L.
• Assenza di malattia cardiovascolare clinica: pregressi ictus o attacco ischemico transitorio, cardiopatia ischemica, insufficienza cardiaca , arteriopatia periferica.
• Assenza di qualsiasi altra patologia cronica di carattere sistemico.
Inoltre, sono stati studiati 10 pazienti con aterosclerosi carotidea documentata e assenza di stenosi emodinamicamente significative (> 70%), reclutati presso la corsia della U.O. Medicina Generale 3, (maschi 7, femmine 3, età media 69.87±5.7).
3.2 Misure antropometriche
Peso e altezza di tutti i soggetti esaminati sono stati misurati la mattina a digiuno, prima dell’ indagine ultrasonografica vascolare. L’indice di massa corporea (BMI) è stato calcolato come rapporto fra il peso espresso in chilogrammi e il quadrato dell’altezza espressa in metri (Kg/m²). Dal momento che la distribuzione del BMI nella popolazione studiata non mostrava una distribuzione gaussiana, al fine di una più corretta analisi statistica dei dati, tale parametro è stato standardizzato (BMI/DS).
3.3 Misurazione della pressione arteriosa
La pressione arteriosa è stata misurata a livello del braccio sinistro con apparecchio automatico (OMRON®, Japan), prima delle indagini ultrasonografiche con il paziente in posizione supina da almeno 10 minuti e in ambiente tranquillo.
3.4 Analisi biochimiche
I campioni di sangue sono stati prelevati da una vena antecubitale dopo una notte di digiuno, raccolti in siringhe eparinizzate e trattati. Sono state determinate le concentrazioni di colesterolo LDL, HDL, e trigliceridi (TG) espresse in mmol/L.
3.5 Studio ultrasonografico vascolare convenzionale
Lo studio ultrasonografico convenzionale dell’ arteria carotide comune (CCA) è stato eseguito con ecografo Megas (ESAOTE s.p.a., Firenze) al fine di ottenere le misurazioni del diametro carotideo e dello spessore medio-intimale secondo il protocollo Mannheim [67]. Per ogni soggetto sono state eseguite scansioni bidimensionali (B-mode) della sezione longitudinale della CCA destra e sinistra. Sulle immagini digitali, l’IMT è stato ottenuto misurando la distanza fra
Figura 3.7: Immagine in B mode di CCA a 2cm dal bulbo carotideo.
Rappresentazione schematica dello spessore medio-intimale.
3.6 Studio eco-Doppler con metodica “dual beam”
3.6.1 SET UP
Per la valutazione del WSR e del profilo della velocità di flusso, è stato impiegato il sistema multigate Doppler (MGD) a doppio fascio (“dual beam”) descritto precedentemente. Il set-up utilizzato comprende (Fig. 3.8):
• Ecografo Megas (ESAOTE s.p.a.) • Sonda ad array lineare LA 523
• Scheda multigate implementata su Personal Computer (PC).
Figura 3.8: Set-up necessario per l'utilizzo del sistema dual beam.
intima media avventizia
La modalità dual beam si basa sull’utilizzo di due linee di vista indipendenti, in modo che ad ogni impulso trasmesso vengano eccitate due aperture della sonda, e si possano ottenere due fasci ultrasonici focalizzati, entrambi rappresentati sull’immagine bidimensionale e il cui orientamento può essere controllato con la trackball dell’ecografo (Fig. 3.9). Il comando di steering è invece utilizzato per variare l’inclinazione dei due fasci e per posizionare il fuoco.
Figura 3.9: Immagine B mode di carotide comune con posizionamento delle due linee di vista.
Grazie al software GASP (Global Acquisition&Signal Processing) sviluppato presso il MSDLab, Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Firenze, i dati provenienti dalla scheda Multigate vengono acquisiti sul PC, elaborati mediante algoritmi specifici (vedi Introduzione) e visualizzati in tempo reale. Il loro salvataggio su disco li rende disponibili per successive elaborazioni. Questo permette dunque l’analisi dettagliata dei principali parametri caratteristici dell’indagine flussimetrica.
3.6.2 ACQUISIZIONI
Sono state eseguite scansioni longitudinali in B-mode a livello carotideo utilizzando una sonda ad array lineare LA 523, con procedimento analogo a quello seguito per l’indagine convenzionale. Successivamente è stato eseguito lo switch nella modalità dual beam, che consente il posizionamento delle due linee di vista corrispondenti al doppio fascio ultrasonico. In primis viene posizionato il fascio A in modo che esso formi con le pareti del vaso un angolo di 90°. La sua esatta posizione, come spiegato precedentemente, può essere accertata mediante la
(B) ad un angolo noto (α) mediante il comando di steering consente di giungere alla conoscenza dell’angolo sotteso dai due fasci, che risulterà dunque 90- α. A questo punto il sistema è pronto per l’acquisizione. In questo modo abbiamo ottenuto dati relativi a:
• Velocità di flusso: velocità di picco sistolico, velocità diastolica e media espressa im m/s; integrale della velocità espresso in m.
• Diametro, espresso in mm.
• Distensibilità, calcolata come escursione sisto-diastolica del diametro, espressa in mm. • WSR, più precisamente i valori di picco sistolico a livello della parete vicina e lontana
(peak near WSR e peak far WSR) e il valore medio sul ciclo cardiaco (mean WSR), espresso in sֿ¹.
L’operatore è in grado di scegliere sul PC l’interfaccia di interesse (vedi Introduzione), tenendo comunque presente che tutti i dati sono salvati e disponibili per analisi off line.
Figura 4: Esempio di profilo spettrale della velocità di flusso al picco sistolico in una CCA di volontario sano, ottenuta con un angolo Doppler di 60°.La curva rosa rappresenta il profilo del WSR, le linee rossa e verde le profondità alle quali è stato calcolato.
Figura 4.1: Differenze fisiologiche del profilo di velocità di flusso in diverse regioni della carotide comune di un volontario sano di 20 anni. (a) carotide comune, (b) bulbo.
3.7 Valutazione della meccanica carotidea
In un sottoinsieme di 16 soggetti, diametro e distensibilità carotidei, sono stati valutati anche con metodica indipendente mediante approccio ultrasonografico (Prosound SSD-550 con sonda lineare ad alta frequenza [LN 5545], Aloka, Tokyo, Japan) implementato con un sistema di monitoraggio dei diametri arteriosi ad elevata risoluzione (echo-tracking, “E-track”®) interfacciato con un personal computer (PC).
Il sistema echo-tracking permette di misurare le variazioni dei diametri arteriosi con un’accuratezza pari ad un sedicesimo della lunghezza d’onda del fascio ultrasonoro stesso (0,013 mm), orientato perpendicolarmente rispetto alle pareti del vaso. La velocità del flusso ematico viene registrata simultaneamente mediando valori derivati dal color-Doppler con un secondo fascio ultrasonoro orientato secondo la direzione del flusso. E’ stata inoltre ottenuta la curva di pressione in funzione del tempo calibrando la curva di diametro per la pressione arteriosa brachiale, misurata mediante apparecchio automatico (OMRON®, Japan) durante l’esecuzione dell’indagine ultrasonografica. Tutte le acquisizioni sono sincronizzate con il segnale elettrocardiografico (ECG) e le registrazioni delle curve di diametro e pressione sono state registrate continuativamente per 20 secondi. I dati sono memorizzati nel disco rigido del sistema
velocità. I soggetti sono stati studiati in posizione supina dopo 10 minuti di riposo. Il sito vascolare scelto è stata la carotide comune a 2 cm dalla biforcazione carotidea stessa.
A partire dalle curve di diametro e pressione, il sistema è in grado di stimare i seguenti indici di distensibilità e rigidità arteriosa locale:
• Indice di rigidità pressione-indipendente β (β Stiffness index) calcolato come → ln(Ps/Pd) / [(Ds-Dd)/Dd], dove Ps e Pd sono rispettivamente la pressione sistolica e diastolica; Ds e Dd i diametri carotidei massimi e minimi misurati con l’echo-tracking. • ModuloelasticodiPeterson(pressure-strain)Epcalcolatocome→ [(Ps-Pd)/(Ds-Dd)]·Dd. • Compliance arteriosa (AC) calcolata come → β/4(Ds²-Dd²) / (Ps-Pd), dove Ps e Pd sono
rispettivamente la pressione sistolica e diastolica; Ds e Dd i diametri carotidei massimi e minimi misurati con l’echo-tracking.
• Augmentation index (AIx) calcolato come → (∆P/PP)·100, dove ∆P è la differenza tra il primo e il secondo picco dell’onda pressoria centrale e PP la pressione di pulsazione. • Local arterial wave speed, derivata dalla curva pressione-velocità in protosistole →
ρ 1 × ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = dU dP
c , dove dP è la variazione di pressione, dU quella della velocità di flusso e ρ
è la densità del sangue (1040 kg/m3).
Figura 4.2: Esempio di studio della meccanica arteriosa con metodica “E-track” a livello dell’arteria carotide comune. Sono visualizzati il doppio fascio ultrasonoro utile per la misurazione simultanea della velocità di flusso e del diametro arterioso, insieme alla curva del diametro (in rosso), la curva della velocità di flusso (in blu) e il segnale ECG.
3.8 Analisi statistica dei dati
I dati sono espressi come media ± SD. Dopo aver verificato la gaussianità della distribuzione dei diversi parametri, è stato necessario standardizzare quelli che hanno mostrato una distribuzione diversa da quella normale, rapportandoli alla propria SD. I confronti tra gruppi sono stati effettuati con il test “one way ANOVA” . La regressione lineare è stata utilizzata per valutare le correlazioni univariate fra variabili continue. Per la valutazione della correlazione fra più variabili dipendenti ed indipendenti è stata utilizzata la regressione multipla. L’analisi statistica è stata eseguita con il software JMP versione 6.0 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA).
