Capitolo 2 2.1 I Suoni Cardiaci

Capitolo 2

2.1 I Suoni Cardiaci

Introduzione

Le patologie cardiache risultano la causa principale di mortalità negli uomini oltre i 45 anni e nelle donne oltre i 65 anni; inoltre ad esse vengono attribuite alte quote della morbilità generale e dell’invalidità dell’età media costituendo uno dei maggiori oneri per i servizi sanitari dei paesi occidentali. Tra le varie patologie cardiovascolari, quelle con incidenza maggiore risultano essere le coronaropatie, ovvero occlusioni totali o parziali di una o più arterie coronarie. Quando l’occlusione del vaso supera il 70% del diametro il rischio di insufficiente afflusso di sangue al muscolo cardiaco è elevato, ed il soggetto va incontro ad ischemia, si parla allora di cardiopatia ischemica. Nella diagnosi di tale patologia esistono ormai una quantità d’indagini la cui sensibilità, confrontata con la coronarografia, che costituisce un vero e proprio standard anatomico, è variabile dal 44% al 91%, con una specificità che va dal 31% al 97% [1]. In questo contesto l’accuratezza diagnostica e quindi l’aspettativa di escludere od affermare una determinata condizione patologica “con certezza relativa” è purtroppo molto variabile e, talvolta, imprevedibile.

Il problema,perciò, è di disporre di apparecchiature di semplice impiego che possano rivelare un maggior numero di informazioni, relegando le metodologie più sofisticate e costose ai quadri patologici più impegnativi.

2.1.1 Ciclo cardiaco

Il ciclo cardiaco che porta il cuore dallo stato di contrazione allo stato di riposo e quindi nuovamente a quello di contrazione, è detto "rivoluzione cardiaca". Il ciclo comprende le due fasi essenziali, illustrate in figura 2.1, nelle quali si svolge l'attività del cuore:

••••

••••

a) b)

Figura 2.1: a)Sistole; ) Diastole

Ha inizio con la sistole, cioè con la chiusura delle valvole atrioventricolari. La sistole comincia con una contrazione degli atri, della durata di circa 0,1 secondi, che determina il riempimento completo dei ventricoli. Quindi si contraggono i ventricoli per circa 0,3 secondi. La loro contrazione chiude le valvole atrioventricolari e apre le valvole semilunari; il sangue povero di ossigeno viene spinto verso i polmoni, mentre quello ricco di ossigeno si dirige verso tutto il corpo attraverso l'aorta.

Durante la diastole tutto il cuore è rilassato, permettendo al sangue di fluire all'interno delle quattro cavità. Attraverso le vene cave il sangue entra nell'atrio destro, mentre attraverso le vene polmonari entra nell'atrio sinistro. Le valvole atrioventricolari sono aperte consentendo il passaggio del sangue da atri a ventricoli. La diastole dura circa 0,4 secondi, abbastanza da permettere ai ventricoli di riempirsi quasi completamente. Queste fasi cardiache sono ascoltabili e traducibili attraverso suoni distinti, detti toni cardiaci. In figura 2.2 si può vedere la corrispondenza delle distinte fasi del ciclo cardiaco con i suoni prodotti.

Figura 2.2: Corrispondenza tra le fasi dell’attività cardiaca ed i suoni prodotti

2.1.2 I Toni Cardiaci

Un importante strumento diagnostico è l’analisi dei toni cardiaci che vengono prodotti nella normale attività cardiaca. All’inizio si pensava che l’origine dei toni cardiaci fosse lo sbattimento reciproco dei lembi delle valvole che davano luogo a vibrazioni; poi si è visto che, a causa dello smorzamento del sangue, questo movimento può causare solo deboli rumori. Il reale motivo risiede nella vibrazione delle valvole, poste in tensione subito dopo la chiusura, a cui si associa la vibrazione del sangue contiguo, delle pareti del cuore e dei grossi vasi.

In condizioni normali, sono udibili il primo ed il secondo tono, talora il terzo, nei giovani, del tutto eccezionalmente il quarto che, invece, insieme agli schiocchi di apertura, divengono udibili in numerose condizioni patologiche, in conseguenza di modificazioni d’ampiezza e frequenza delle vibrazioni che li compongono.

Il primo tono,S1, costituito da quattro o più vibrazioni e percepito come un “Tun”, è dovuto essenzialmente alla contrazione dei ventricoli e al conseguente riflusso di sangue contro le valvole tricuspide e mitralica che successivamente rimbalza nuovamente all’interno del ventricolo e causa una vibrazione del sangue,delle pareti ventricolari e delle valvole. Le componenti frequenziali si attestano in un range che varia tra 30Hz e 45Hz.

L’origine del secondo tono,S2, percepito come un “Ta”, risiede invece nella richiusura veloce delle valvole semilunari che si rigonfiano verso i ventricoli e, tendendosi, respingono il sangue verso le arterie provocando una sorta di rimbalzo del sangue tra le pareti arteriose e le valvole stesse.

Quindi le vibrazioni delle pareti delle arterie vengono trasmesse e, nel momento in cui vengono a contatto con la parete toracica, quest’ultima forma una cassa di risonanza che permette di ascoltare i suoni prodotti. Le componenti frequenziali sono comprese in un range che varia tra 50 Hz e 75Hz.

Il secondo tono dura un po’ meno del primo come conseguenza del fatto che le valvole semilunari sono più tese di quelle atrioventricolari, vibrando quindi per un tempo minore.

Il terzo tono, S3, avviene subito dopo il secondo tono e, si pensa, sia causato dal rapido riempimento del sangue atriale nei ventricoli; è causa di debolissime vibrazioni con picchi di energia molto bassi e frequenza di circa 30 Hz;

Il quarto tono,S4, è anche conosciuto come suono atriale, è causato dalla contrazione del ventricolo atriale e dallo scorrere del sangue nei ventricoli che genera deboli vibrazioni simili a quelle del terzo tono con picchi di energia molto bassi e frequenza al di sotto dei 30 Hz [3] .

2.1.3 Tecnica per la rilevazione dei rumori Cardiaci

Una delle possibilità di analisi per la rilevazione dei rumori cardiaci è la tecnica auscultazione, ossia il poter comprendere il comportamento del cuore ascoltandone i rumori.

La tecnica di auscultazione cardiaca è molto vecchia ed ha dal suo canto lunghissimi studi su come interpretare i suoni afferenti oltre che dai polmoni e dal sistema cardiocircolatorio (che non vengono presi in considerazione in questo lavoro di tesi) dal sistema cuore. Possiamo affermare (dalla letteratura sugli assorbimenti dei tessuti alle onde elettromagnetiche ) che il cammino dei suoni prodotti all’interno del corpo per giungere in superficie non è lineare data la presenza di elementi che hanno comportamento non omogeneo in assorbimento e riflessione di onde acustiche.

Quindi, sicuramente, ci saranno dei punti dove sarà più forte l’intensità dei suoni ed altri dove sarà inferiore. Il primo passo è quello di individuare tali punti partendo dal fatto che la proiezione cardiaca cambia durante la fase di inspirazione ed espirazione. Nella pratica medica vengono di solito presi in considerazione due tipi di suoni che vengono denominati “Toni” e “Soffi” cardiaci. I toni cardiaci sono dovuti a vibrazioni prodotte da vari eventi (contrazioni muscolari, chiusura delle valvole,

accelerazioni e decelerazioni del flusso ematico). I soffi sono invece il risultato di vortici originati dal flusso del sangue e si ottengono in presenza di una stenosi che

crea un moto turbolento anche a basse velocità o a causa di un cambiamento di sezione del vaso nel quale passa il sangue. Le vibrazioni prodotte nelle camere cardiache si propagano attraverso il mezzo viscoelastico costituito dai tessuti in tre modi:

• Come “onde di compressione longitudinali” (con velocità di circa1500m/s) • Come “onde traverse” (a basse velocità ~ 15-20m/s)

• Come “onde di superficie” mix dei due tipi precedenti (velocità ~ 20m/s)

Quando tali onde raggiungono la superficie toracica si diffondono. Le aree dove le onde emergono in superficie si chiamano aree di ascoltazione.

Esistono punti di massima intensità come è possibile osservare dalle figura 2.3. Le aree di ascoltazione corrispondono ai distretti di superficie che per primi vengono raggiunti dai suoni che poi si diffondono sulla parete cardiaca con velocità minore. Le aree sono così suddivise:

M – area mitralica presso la punta del cuore

T – area tricuspide IV spazio intercostale ai lati dello sterno A – area aortica II spazio intercostale destro

P – area polmonare II-III spazio intercostale

La trasmissione dei soffi, invece, è regolata da vari fattori. Infatti bisogna tener presente che, per esempio, l’intensità diminuisce con il quadrato della distanza dalla sorgente, i tessuti riflettono i suoni a seconda della differente densità e che i suoni vengono diminuiti sia dalla riflessione che dallo smorzamento acustico (polmoni, grasso ecc.)

Figura 2.3 Proiezione dei punti di auscultazione delle valvole cardiache

2.1.4 Variazioni e Sdoppiamenti dei Toni Cardiaci

Analizzando meglio quanto detto nel paragrafo precedente, possiamo affermare che i singoli toni cardiaci presentano una ampiezza diversa in base al punto di auscultazione. In linea di principio possiamo affermare che il primo tono ha una intensità maggiore del secondo ma, come vedremo, non è sempre così.

Difatti esistono variazioni fisiologiche nonché variazioni patologiche dei toni cardiaci.

Le variazioni fisiologiche sono essenzialmente legate alle aree di auscultazione scelte. S1 presenterà intensità maggiore di S2 nel caso in cui l’auscultazione venga effettuata posizionandosi in prossimità dell’area mitralica o di quella tricuspidea; mentre avremo un S2 con intensità maggiore di S1 nel caso in cui l’auscultazione avvenga posizionando il sensore nell’area aortica o in quella polmonare.

Le variazioni patologiche, come dice il nome stesso, sono in genere legate ad una patologia in essere.

Una intensità di S1 accentuata può essere sintomo di anemia o ipertiroidismo così come di sforzo fisico; una intensità diminuita può voler dire insufficienza o calcificazione mitrale, mentre una intensità variabile può essere sintomo di fibrillazione atriale.

Prendendo in esame le variazioni di S2, possiamo dire che una intensità aumentata è sinonimo di ipertensione, la quale può essere sia arteriosa che polmonare; mentre, nel caso in cui l’intensità diminuisca, siamo in presenza di stenosi.

Anche gli sdoppiamenti possono essere sia fisiologici che patologici.

Esempi di sdoppiamenti fisiologici di S2 si hanno durante l’ inspirazione forzata legati all’aumento della pressione intra-toracica che comporta un rallentamento della componente polmonare.

Uno sdoppiamento patologico di S2 si verifica in presenza di scompenso ventricolare; in questo caso, lo sdoppiamento rimane fisso ed in entrambe le fasi di inspirazione ed espirazione.

La trattazione del terzo e quarto tono è un po’ più particolare.

In generale si può affermare che l’auscultazione di S3 e di S4 in soggetti fino ai 40 anni di età non implica patologie in atto; la presenza di entrambi i toni in soggetti sopra i 40 anni, è sinonimo di grave cardiopatia[3].

2.2 Apparato Respiratorio

2.2.1 Anatomia e Fisiologia

Anche l'apparato respiratorio, figura 2.4, merita attenzione perché tutti i giorni viene coinvolto in processi che compromettono la sua funzionalità. L' apparato respiratorio è la sede a livello della quale l'aria, introdotta attraverso l'inspirazione, cede al sangue in circolo l'ossigeno in essa contenuto, riceve l'anidride carbonica, e viene riemessa nell'ambiente attraverso l'espirazione.

E' vascolarizzato da due tipi di circolo, uno nutritizio, (per il trofismo dei singoli segmenti di cui è composto) ed uno funzionale, deputato alla ricezione della colonna ematica e alla sua ridistribuzione al cuore.

L'apparato respiratorio e' formato dalle vie respiratorie (naso, bocca, faringe, laringe, trachea), dai bronchi e dai polmoni.

Questi ultimi hanno una forma grossolanamente piramidale, che si adatta alla forma del torace e non sono perfettamente simmetrici. Infatti il polmone destro è formato da tre lobi, mentre il sinistro è formato da due lobi e, vicino al margine mediano della base, presenta l'incisura cardiaca nella quale è collocato il cuore.

All’interno dei polmoni la pressione è uguale a quella atmosferica, mentre tra le due pleure il valore è inferiore; ed è proprio questa pressione negativa che fa si che i due organi si espandano evitando così un collassamento. Una funzione importantissima durante il ciclo respiratorio è svolta dal diaframma, una struttura muscolare a forma di cupola che si trova tra la cavità toracica e quella addominale che, contraendosi e abbassandosi, produce una vera e propria diminuzione della pressione nei polmoni permettendo loro di espandersi e richiamare aria dall’esterno: in tal modo si verifica l’inspirazione.

L’espirazione avviene in modo passivo per rilassamento del diaframma e degli altri muscoli che, provocando una diminuzione della cavità toracica, permettono ai polmoni di contrarsi passivamente espellendo l’aria.

La respirazione e' una successione di inspirazioni ed espirazioni. Una inspirazione seguita da un'espirazione costituisce un atto respiratorio che il corpo esegue grazie all'azione dei muscoli intercostali e del diaframma. L'apparato respiratorio ha il compito di rendere possibile lo scambio gassoso tra l'organismo e l'ambiente. Il fenomeno che permette l'assunzione di ossigeno e l'eliminazione di anidride carbonica, e' denominato respirazione esterna. L'ossigeno, introdotto attraverso l'inspirazione, deve essere portato in tutto l'organismo. Per questo interviene un legame labile tra l'emoglobina del sangue e l'ossigeno. Questo legame genera l'ossiemoglobina che viene portata attraverso la circolazione a tutti i tessuti. A sua volta l'anidride carbonica, prodotta dai tessuti, viene portata ai polmoni dal sangue venoso.

A questo tipo di funzioni, relative al legame, al trasporto, alla cessione e assunzione dei gas respiratori si da' la denominazione di funzione respiratoria del sangue. Lo scopo della respirazione esterna e della funzione respiratoria del sangue e' quello di portare ossigeno ai tessuti, che lo utilizzano attraverso la combustione di diverse sostanze organiche, con produzione di calore e liberazione di energia attraverso complesse reazioni chimiche catalizzate dai vari enzimi. Questa e' la vera respirazione, denominata respirazione interna o cellulare. [2]

2.2.2 Problematiche

Respiratorie

Le problematiche respiratorie che vengono riscontrate con più frequenza sono legate a quelle che vengono chiamate malattie ostruttive e restrittive.

Le malattie ostruttive quali l’asma, la bronchite cronica e l’enfisema rappresentano delle patologie della fase espiratoria, cioè la struttura morfo-funzionale dei polmoni rimane uguale ma l’aria rimane intrappolata e quindi si vizia. Abbiamo un volume residuo maggiore. In questo tipo di patologie il malato è sempre in una condizione di inspirazione forzata. Le malattie restrittive sono invece riferibili ad una disfunzione del polmone stesso, nella quale questi organi si rimpiccioliscono e il soggetto per assicurare i normali scambi di gas deve ventilare in maggior misura.

Un’altra problematica riguarda l’aritmia sinusale o respiratoria. L'aritmia sinusale è un difetto del ritmo del cuore dovuto a problemi di automatismo o di conduzione. Può essere fisiologica, legata al respiro: aumento della frequenza cardiaca in ispirazione (riflesso di Bainbridge per aumentato ritorno venoso) e rallentamento in espirazione (effetto vagale). Sebbene possa variare molto l'intervallo R-R, le onde P, i complessi QRS e le onde T si presentano normali. Gli intervalli P-R, inoltre, permangono costanti. L'aritmia sinusale non è quindi legata alla respirazione ma a malattie del nodo senoatriale e si riscontra abitualmente nei ragazzi riducendosi con l'aumentare dell'età. Le principali cause sono il diabete, l’ipertensione, e pressoché tutte le malattie cardiache. Essa scompare in tutte le condizioni in cui è compromesso il nervo vago, come ad esempio nella neuropatia diabetica.

Figura 2.5: Relazione tra ECG e toni cardiaci

E’ proprio nell’ambito della neuroscienza, che in maniera indiretta, può rientrare questo lavoro di tesi poichè dall’analisi dell’atto respiratorio e della rivoluzione cardiaca, col sistema qui progettato si può indagare il comportamento vagale di una persona.

Nel paziente con problematiche respiratorie, potenzialmente evolutive anche in quadri drammatici quali l'arresto respiratorio e l'arresto cardio-circolatorio, è imperativo l'attento e costante monitoraggio dei principali parametri vitali:

• frequenza cardiaca,

• frequenza respiratoria,

• toni cardiaci.

La nostra attenzione sarà rivolta verso questi parametri.

Bibliografia

[1] VivoMetrics Inc.: Lifeshirt brochures. http://www.vivometrics.com/site/system brochures.html

[2] Guyton & Hall: Fisiologia medica, Seconda Ed., EdiSES, 2001

[3] Prof. Giovanni Murialdo, docente di medicina interna Unige, “L’Ascoltazione del