Integrazione del monitoraggio della saturazione dei tessuti cerebrali nei test di esercizio cardiopolmonare in pazienti con insufficienza cardiaca

Summary

Questo protocollo integrava la spettroscopia nel vicino infrarosso nei test di esercizio cardiopolmonare convenzionali per identificare il coinvolgimento della risposta emodinamica cerebrale nell’intolleranza all’esercizio in pazienti con insufficienza cardiaca.

Abstract

L’ipoossigenazione cerebrale durante il riposo o l’esercizio influisce negativamente sulla capacità di esercizio dei pazienti con insufficienza cardiaca con frazione di espulsione ridotta (HF). Tuttavia, nei test clinici di esercizio cardiopolmonare (CPET), l’emodinamica cerebrale non viene valutata. La NIRS viene utilizzata per misurare la saturazione di ossigeno del tessuto cerebrale (SctO₂₎nel lobo frontale. Questo metodo è affidabile e valido ed è stato utilizzato in diversi studi. La SctO₂ è più bassa sia durante il riposo che l’esercizio di picco nei pazienti con HF rispetto ai controlli sani (66,3 x 13,3% e 63,4 x 13,8% contro 73,1 x il 2,8% e 72 x 3,2%). SctO₂ a riposo è significativamente linearizzato con il picco VO₂ (r – 0,602), la pendenza di efficienza di assorbimento dell’ossigeno (r – 0,501), e il peptide natriuretico cerebrale (r -0,492), tutti prognostici riconosciuti e marcatori di gravità della malattia, indicando il suo potenziale valore prognostico. Lo SctO₂ è determinato principalmente dalla pressione finale del CO_2, dalla pressione arteriosa media e dall’emoglobina nella popolazione HF. Questo articolo illustra un protocollo che integra SctO₂ utilizzando NIRS in CPET incrementale su un ergometro di biciclette calibrato.

Introduction

Il test di esercizio cardiopolmonare (CPET) è stato applicato in pazienti con insufficienza cardiaca con frazione di espulsione ridotta (HF) per molteplici scopi, tra cui la quantificazione della forma fisica cardiopolmonare, la prognosi, la diagnosi delle cause di limitazioni dell’esercizio fisico e prescrizioni di esercizi^1,2,3. Durante i test, le variabili emodinamiche e i dati derivati dallo scambio automatico di gas vengono monitorati e analizzati. Il monitoraggio della saturazione di ossigeno del tessuto cerebrale (SctO₂₎ha un valore per la prognosi della classificazione e la gravità della malattia^4,5.

La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) utilizza la luce infrarossa per penetrare nel cranio e stimare l’ossigenazione del tessuto cerebrale continuamente e non invasiva⁶. Poiché l’ossiemoglobina e la deossiemoglobina hanno diversi spettri di assorbimento della luce e sono i cromofori primari che assorbono la luce, le loro concentrazioni possono essere misurate utilizzando la trasmissione della luce e l’assorbimento^6,7. Tuttavia, anche gli assorbitori di luce di fondo disperdono la luce e possono influenzare la misurazione⁸. Questo studio ha adottato un NIRS risolto spazialmente per misurare SctO₂ dal riposo al picco dell’esercizio⁹. Sono state emesse quattro lunghezze d’onda per compensare le perdite di dispersione dipendenti dalla lunghezza d’onda ed eliminare le interferenze di fondo, migliorando così la precisione¹⁰.

SctO₂ rappresenta la percentuale di erogazione di ossigeno rispetto al consumo nel tessuto cerebrale. La desaturazione cerebrale è associata a un flusso sanguigno cerebrale interrotto (CBF), a una diminuzione della concentrazione di ossigeno arterioso e a un aumento del consumo di ossigeno del tessuto cerebrale¹¹. Oltre all’insufficienza di uscita cardiaca, l’HF avanzato causa l’ipoperfusione cerebrale durante l’esercizio inducendo indirettamente vasoconstriction cerebrale attraverso la diminuzione della pressione arteriosa parziale dell’anidride carbonica (PaCO₂) attraverso l’iperventilazione ¹².

Il significato clinico dell’ossigenazione cerebrale in HF è stato rivelato da Chen et al.⁴. In primo luogo, sctO₂ è stato significativamente diminuito nel gruppo HF rispetto ai controlli sani. SctO₂ non solo è diminuito a riposo, ma anche diminuito ulteriormente durante l’esercizio. Non è osservato nel gruppo sano. In secondo luogo, SctO_2rest e SctO_2peak sono stati correlati con VO_2peak, peptide natriuretico cerebrale (BNP), e pendenza di efficienza di assorbimento di ossigeno (OUES), tutti i quali sono marcatori prognostici stabiliti. Pertanto, SctO_2rest e SctO_2peak hanno molto probabilità di essere prognostico e riflettono la gravità della malattia nei pazienti HF. Un altro studio di Koike e altri ha suggerito che il cambiamento nell’ossiemoglobina cerebrale misurato sulla fronte dal riposo al picco di esercizio fisico era significativamente più basso nei non-sopravvissuti rispetto a quello dei sopravvissuti di pazienti con malattia coronarica⁵. Di conseguenza, l’ossigenazione cerebrale può essere impiegata per stratificare la gravità della malattia e la prognosi dei pazienti con HF.

Protocol

Il seguente protocollo è stato approvato dal comitato etico del Chang Gung Memorial Hospital, Linkou, Taiwan. Il test di esercizio è stato effettuato in un laboratorio climatizzato con una temperatura atmosferica di 22-25 gradi centigradi, una pressione di 755-770 Torr e un’umidità relativa del 55-65%. Prima di ogni test, l’analizzatore di gas è stato calibrato seguendo le istruzioni del produttore utilizzando l’aria ambiente e una miscela di gas di concentrazione nota (FO2: 0.12; FCO2: 0,05; N<…

Representative Results

Trentaquattro pazienti con HF e 17 controlli salutari sono stati arruolati al Linkou Chang Gung Memorial Hospital di Taiwan. Ogni soggetto è stato sottoposto a test di esercizio cardiopolmonare che incorporavano il monitoraggio SctO2 da parte del NIRS. In breve, i valori di SctO2 (riposo; picco) erano significativamente più bassi nel gruppo HF (66,3 x 13,3%; 63,4 x 13,8%), rispetto al controllo (73,1 – 2,8%; 72 x 3,2%) gruppo (Figura 1…

Discussion

L’ossigenazione cerebrale monitorata in modo non invasivo e continuo dal NIRS è stata applicata in vari scenari, tra cui la chirurgia cardiovascolare¹³ e le analisi funzionali del cervello come quelle che stimano^{l’attività}neurale 14 . Questo protocollo ha integrato la NIRS nella CPET convenzionale per identificare il coinvolgimento della risposta emodinamica cerebrale nell’intolleranza all’esercizio fisico nei pazienti con HF. Aumenta il valore dei test di esercizio nel d…

Materials

Bicycle ergometer	Ergoline, Germany	Ergoselect 150P
Cardiopulmonary exercise testing gas analysis	Cardinal-health Germany	MasterScreen CPX
Finger pulse oximetry	Nonin Onyx, Plymouth, Minnesota	Model 9500
Sphygmomanometer	SunTech Medical, UK	Tango