L’uso della cardiometria ad impedenza (T.E.B.)
nella fisiologia e fisiopatologia cardiocircolatoria applicata all’esercizio
fisico:
l’esperienza del nostro gruppo
Sardegna Ricerche (Pula) 22 Giugno 2007 Antonio Crisafulli
f=70 kHz
I applicazione
Fisiologia dell’esercizio: gli aggiustamenti cardiocircolatori
durante e dopo sforzo
Durante esercizio fisico vi è un aumento del fabbisogno di ossigeno nei muscoli che è soddisfatto dal parallelo incremento della
Portata Cardiaca
0 1000 2000 3000 4000 5000 0
10000 20000 30000 40000
VO 2 (ml/min)
P C ( m l/ m in )
PC= GSxFC
L’incremento della portata cardiaca può avvenire per un aumento:
• della frequenza cardiaca (FC)
• della gittata
sistolica (GS)
La misura della frequenza cardiaca è relativamente semplice
1000 2000 3000 4000
riposo 0
100 200 300
sedentario
allenato
VO
2(ml/min)
F C ( b p m )
La misura della gettata sistolica è più complessa, ma fornisce utili
indicazioni sullo stato di allenamento del soggetto
25 50 75 100
riposo 0 100
200
allenato
sedentario
% of VO
2max
G S ( m l)
Principali metodiche non invasive utilizzate per la determinazione della
Gettata Sistolica
• Rebreathing: C 2 H 2 , CO 2
• Doppler-ecocardiografia
• Scintigrafia radionuclidica
• Cardiometria ad impedenza
Vantaggi nell’uso della cardiometria ad impedenza durante esercizio
• Non invasiva
• Economica
• Permette l’analisi battito per battito
Limiti nell’uso della cardiometria ad impedenza durante esercizio
• Il movimento degli arti e del torace e la respirazione possono determinare la
comparsa di artefatti
• In questo caso l’analisi deve essere
effettuata da un operatore esperto
Calcolo della Gettata Sistolica tramite l’equazione di Sramek-Bernstein
EVI
SV= L
3• (VET • EVI) Zo • 4,25
L
TD
Esempio di tracciato
impedenziometrico a riposo
Chart Window
Channel 1 (V)
-4 -2 0 2 4
Channel 2 (V)
-4 -2 0 2 4
Channel 3 (V)
-4 -2 0 2 4
36 36.5 37 37.5
ECG (mV)
Z
0(ohm)
dZ/dt (ohmsec
-1)
F
B
D
C A
E
Esempio di artefatti generati dal
movimento
(da: Crisafulli et al. Hemodynamics during active and passive recovery from a single
bout of supramaximal exercise. Eur. J.
Appl. Physiol. 89: 209-216, 2003).
Con opportuni accorgimenti la cardiometria ad impedenza permette di misurare le gettate
sistolica e cardiaca durante sforzo
0 20 40 60 80 100
0 5 10 15 20 25 30
0 2 4 6 8 10 12 14
Workload (% of Wmax)
CO (lmin-1 ) BLa (mmoll -1)
0 20 40 60 80 100
0 50 100 150 200
0 2 4 6 8 10 12 14
Workload (% of Wmax)
SV (ml) BLa (mmoll -1)
Da Crisafulli et al. Detection of lactate threshold by including haemodynamic and oxygen extraction data.
Physiol. Meas. 27: 85-97, 2006
Un ulteriore parametro misurabile è l’estrazione di Ossigeno (VO 2 /CO)
0 20 40 60 80 100
0 50 100 150 200
0 2 4 6 8 10 12 14
Workload (% of Wmax)
A-V O2 Diff
(m l ml
-1)
BLa (mmoll -1)Da Crisafulli et al. Detection of lactate threshold by including haemodynamic and oxygen extraction data.
Physiol. Meas. 27: 85-97, 2006
Influenza delle modalità di recupero sulla gettata sistolica dopo sforzo sovramassimale
Da Crisafulli et al. Hemodynamics during active and passive recovery from a single bout of supramaximal exercise. Eur. J. Appl. Physiol. 89: 209-216, 2003
Influenza delle modalità di recupero sulla gettata sistolica dopo sforzi
sovramassimali ripetuti
0 3 6 9 12 15 18 21
0 3 6 9 12 15 18 21
0 20 40
60 rest warm up
recovery between bouts
recovery after bouts
†
†
†
† †
†
†
†
†
time (min)
S V ( m l)
Da Crisafulli et al. Hemodynamic responses following intermittent supramaximal exercise in athletes. Exp Physiol 89: 665-674, 2004.
Comportamento della gettata sistolica dopo sforzi di diversa intensità
Da Crisafulli et al. Effect of differences in post-exercise lactate accumulation in athletes’
hemodynamics. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 31: 423-431, 2006.
Comportamento dello Z 0 dopo sforzi di diversa intensità
Da Crisafulli et al. Effect of differences in post-exercise lactate accumulation in athletes’
hemodynamics. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 31: 423-431, 2006.
II applicazione
Studio dei riflessi cardiocircolatori di origine muscolare: i
metaboriflessi, aspetti fisiologici e
fisiopatologici
Metaboriflessi
Risposta cardiocircolatoria determinata dall’attivazione dei metaborecettori
muscolari (fibre nervose lente del III e IV gruppo) ad opera dei prodotti finali del metabolismo muscolare (ad es. idrogenioni,
acido lattico, adenosina etc.).
La risposta si attua mediante una modulazione della frequenza cardiaca, della contrattilità miocardica, del precarico ventricolare, delle
resistenze vascolari sistemiche
Risposta della gettata sistolica durante stimolazione dei metaboriflessi
rest 1 2 3 4 5 6 7 8
rest 1 2 3 4 5 6 7 8
90 100 110 120
‡§
*
‡§
*
exercise recovery
Time (min)
S V ( % o f re s t)
Da: Crisafulli et al. Muscle metaboreflex-induced increases in stroke volume. Med. Sci. Sports Exerc. 2003, 35: 221-228
arm circulatory
occlusion
Gettata sistolica durante attivazione dei
metaboriflessi nel post-esercizio dopo carichi lavorativi di differente intensità
rest
ex 5 r 1 r 2 r 3 r 4 r 5 r 6 90
110 120 130 140
rest
‡† ‡† ‡†
time (minutes)
S V ( % o f re s t)
Da: Crisafulli et al. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 291: 3035-3042, 2006
leg circulatory
occlusion
Effetti dell’attivazione dei
metaboriflessi sulla Gittata Sistolica in soggetti con insufficienza cardiaca
HF CTL
Da Crisafulli et al. Impaired central hemodynamic response during muscle metaboreflex activation in heart failure patient. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 292: 2988-2996, 2007
rest
exercis e
rec. 3
rec. 6 80
90 100 110 120
*
†*
†*
†‡SV (% of rest)
rest
exercise rec. 3
rec. 6
Effetti dell’attivazione dei
metaboriflessi sulla Gittata Cardiaca in soggetti con insufficienza cardiaca
rest
exercis e
rec. 3
rec. 6 80
90 100 110 120 130
†
†
CO (% of rest) †
rest
exercise rec. 3
rec. 6
*
*
*
Da Crisafulli et al. Impaired central hemodynamic response during muscle metaboreflex activation in heart failure patient. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 292: 2988-2996, 2007
HF CTL
Effetti dell’attivazione dei metaboriflessi sulle resistenze vascolari periferiche in
soggetti con insufficienza cardiaca
rest
exercis e
rec. 3
rec. 6 80
90 100 110 120 130
*
†*
†*
†‡SVR (% of rest)
rest
exercise rec. 3
rec. 6
HF CTL
Da Crisafulli et al. Impaired central hemodynamic response during muscle metaboreflex activation in heart failure patient. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 292: 2988-2996, 2007
Conclusioni
• Nel soggetto affetto da insufficienza cardiaca vi è una impossibilità ad incrementare la performance cardiaca con conseguente incapacità ad aumentare la gittata
sistolica in risposta ai metaboriflessi durante esercizio
• Come tentativo di compenso si instaura un aumento delle resistenze vascolari periferiche e vasocostrizione con
conseguente ipoperfusione muscolare che ulteriormente
peggiora il quadro emodinamico
III applicazione
Studio sugli effetti emodinamici del precondizionamento ischemico e farmacologico su soggetti anginosi e
controlli
Precondizionamento ischemico
•Il miocardio che ha subito un breve episodio di ischemia sub-letale risponde in modo meno drammatico ad una
successiva ischemia in grado di provocare l’infarto
•Tale fenomeno è accompagnato anche da una riduzione dello stunning post-ischemico
•Alcuni farmaci (per es. nitroglicerina) sono in grado di
indurre tale protezione direttamente, cioè senza bisogno
dell’ischemia subletale
Scopo dello studio
• Il precondizionamento ischemico migliora la
performance cardiaca durante sforzo nei soggetti
anginosi? Se si, su quali parametri agisce: migliora la contrattilità? Incrementa la gittata sistolica?
• Il precondizionamento farmacologico induce
miglioramenti emodinamici simili al PI?
Gettata sistolica massima
BAS FWOP SWOP PI-SWOP 80
90 100 110 120 130 140
ANG group CON group
SV
peak(% o f B A S )
†
††
Da Crisafulli et al. Exercise-induced and nitroglycerin-induced myocardial preconditioning improves hemodynamics in patients with angina. Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol.) 287: 235-242, 2004
Conclusioni
• Il Precondizionamento Ischemico si è dimostrato in grado di migliorare la performance cardiocircolatoria dei soggetti anginosi oltre che la loro capacità di compiere un esercizio senza sintoni e segni di ischemia.
• I nitrati possono mimare gli effetti del precondizionamento ischemico sulla
performance cardiocircolatoria dei soggetti
anginosi
IV applicazione
Studio sugli adattamenti
emodinamici durante esercizio in soggetti con Beta Talassemia Major
in comparazione con controlli sani
Valori di Frequenza cardiaca massima raggiunti nei due gruppi in studio
Con Thal
0 50 100 150 200
f
Maximal achieved HR
b e a ts /m in
Da Tocco F. et al. Exercise Capacity and Cardiovascular Changes in Patients with -Thalassemia Major.
Clin. Physiol. Funct. Imaging 26: 319-322, 2006
Valori di Gettata Sistolica massima raggiunti nei due gruppi in studio
Con Thal
0 10 20 30 40 50
60
a
Maximal achieved SI
m l/ m
2Da Tocco F. et al. Exercise Capacity and Cardiovascular Changes in Patients with -Thalassemia Major.
Clin. Physiol. Funct. Imaging 26: 319-322, 2006
Valori di Gettata Cardiaca massima raggiunti nei due gruppi in studio
Da Tocco F. et al. Exercise Capacity and Cardiovascular Changes in Patients with -Thalassemia Major.
Clin. Physiol. Funct. Imaging 26: 319-322, 2006
Con Thal
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
b
Maximal achieved CI
l/ m in m
2Valori di Estrazione di Ossigeno massimo raggiunti nei due gruppi in studio
Con Thal
0 25 50 75 100
*
c
Maximal achieved O
2ER
%
Da Tocco F. et al. Exercise Capacity and Cardiovascular Changes in Patients with -Thalassemia Major.
Clin. Physiol. Funct. Imaging 26: 319-322, 2006
V applicazione
Case reports in due situazioni particolari:
la sincope nel post-esercizio il blocco atrio-ventricolare di III
grado durante sforzo
Caso clinico n°1
la sincope nel post-esercizio
• Età: 18
• sesso: maschile
• sport: hockey su prato
• anamnesi ed esame obiettivo negativi per patologie cardiocircolatorie
• idoneo all’attività sportiva agonistica nelle precedenti visite
• ECG basale e durante lo sforzo (cicloergometro protocollo 20W/min) normali
• valori massimi raggiunti: HR 169 bpm, PA 210/85mmHg,
PC 29,8 L/min, VO 2 max 3.25 L/min, W max 220
ECG durante sincope dopo prova da sforzo
Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a postexertional asystolia in a healthy athlete: a case study. Med. Sci. Sport Exerc., 2000, 32 (1), 4-9.
Andamento della frequenza cardiaca durante la sincope
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 50 100 150
200 AR PR preA A postA
seconds from the end of exercise
bpm
Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a postexertional asystolia in a healthy athlete: a case study. Med. Sci. Sport Exerc., 2000, 32 (1), 4-9.
Andamento del flusso diastolico durante la sincope
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 300 600 900 1200
1500 AR PR preA A postA
seconds from the end of exercise
m L* s e c -1
Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a postexertional asystolia in a healthy athlete: a case study. Med. Sci. Sport Exerc., 2000, 32 (1), 4-9.
Considerazioni:
una riduzione del flusso diastolico, durante una stimolazione inotropica, può attivare i meccanocettori ventricolari e scatenare una reazione vagale che determina una riduzione
della frequenza cardiaca. Tale fenomeno è finalizzato a mantenere costante il
riempimento cardiaco e la gettata cardiaca ed ad evitare danni miocardici dovuti ad una
eccessiva contrattilità di parete.
Crisafulli A., Melis F., Orrù V., Lener R., Lai C., Concu A.
Med. Sci. Sport Exer., 2000, 32 (1), 4-9.
Caso clinico n°2
blocco atrio-ventricolare completo durante sforzo
• Età: 19
• sesso: maschile
• sport: calcio
• anamnesi familiare negativa per patologie cardiocircolatorie
• anamnesi personale: negativa per problemi cardiocircolatori;
esame obiettivo: soffio protomesosistolico 2/6 sulla base
• ECG basale: bradicardia sinusale (53 bpm), ritardo di attivazione ventricolare dx
• protocollo prova da sforzo (cicloergometro): 20 W/min
Derivazione aVF durante 120 W
P P P P P
P
Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a complete exercise-induced atrio-ventricular block. Br. J.
Sports Med.., 36: 69-70, 2002.
Gettata cardiaca, gettata sistolica e frequenza cardiaca
rest 40 80 120 160 R II R IV R VI
0 4000 8000 12000 16000
0 40 80 120 160 200
Cardiac Output (ml*min-1) (left Y axis)
Stroke Volume (ml) (right Y axis)
Heart Rate (bpm) (right Y axis)
workload (w)
Andamento del parametro CO/W durante prova da sforzo in 5 soggetti sani ed in un
caso di blocco A-V
20% 40% 60% 80% 100%
0 100 200 300 400 500
A-V Block
Normal subjects
workload (% of maximum)
CO/ W ( m L *W -1 *m in -1 )
Andamento dell’indice della gittata sistolica durante prova da sforzo in 5 soggetti sani ed in
un caso di blocco A-V
rest 20% 40% 60% 80% 100% R I R II R III R IV R V 0
25 50 75 100
A-V Block
Normal subjects
workload (% of maximum) s tr o k e i n d e x ( m l* B S A
-1)
Da Crisafulli et al. Hemodynamics during a complete exercise-induced atrio-ventricular block. Br. J.
Sports Med.., 36: 69-70, 2002.
