Applicazione clinica dell'angolo di fase e delle analisi BIVA Z-Score in pazienti ricoverati in un pronto soccorso con insufficienza cardiaca acuta

Summary

In questo protocollo, spieghiamo come ottenere e interpretare i valori dell’angolo di fase e lo Z-score dell’analisi vettoriale dell’impedenza bioelettrica (BIVA) ottenuti mediante impedenza bioelettrica in pazienti con scompenso cardiaco acuto ricoverati in Pronto Soccorso e la loro applicabilità clinica come marcatore predittivo per la prognosi di un evento a 90 giorni.

Abstract

L’insufficienza cardiaca acuta è caratterizzata da un’attivazione neuroormonale, che porta alla ritenzione di sodio e acqua e provoca alterazioni della composizione corporea, come l’aumento della congestione dei liquidi corporei o la congestione sistemica. Questa condizione è uno dei motivi più comuni per il ricovero ospedaliero ed è stata associata a scarsi risultati. L’angolo di fase misura indirettamente lo stato intracellulare, l’integrità cellulare, la vitalità e la distribuzione degli spazi tra l’acqua corporea intracellulare ed extracellulare. Questo parametro è risultato essere un predittore dello stato di salute e un indicatore di sopravvivenza e di altri esiti clinici. Inoltre, valori di angolo di fase di <4,8° al momento del ricovero sono stati associati a una maggiore mortalità nei pazienti con insufficienza cardiaca acuta. Tuttavia, bassi valori dell'angolo di fase possono essere dovuti ad alterazioni, come lo spostamento dei fluidi da un compartimento di acqua corporea intracellulare (ICW) a un compartimento ECW (acqua corporea extracellulare) e una concomitante diminuzione della massa delle cellule corporee (che può riflettere la malnutrizione), che sono presenti nell'insufficienza cardiaca. Pertanto, un basso angolo di fase può essere dovuto a iperidratazione e/o malnutrizione. BIVA fornisce informazioni aggiuntive sulla massa corpo-cellulare e sullo stato di congestione con un vettore grafico (grafico R-Xc). Inoltre, un'analisi BIVA Z-score (il numero di deviazioni standard dal valore medio del gruppo di riferimento) che ha lo stesso modello delle ellissi per i percentili sul grafico R-Xc originale può essere utilizzata per rilevare i cambiamenti nella massa dei tessuti molli o nell'idratazione dei tessuti e può aiutare i ricercatori a confrontare i cambiamenti in diverse popolazioni di studio. Questo protocollo spiega come ottenere e interpretare i valori dell'angolo di fase e le analisi BIVA Z-score, la loro applicabilità clinica e la loro utilità come marcatore predittivo per la prognosi di un evento a 90 giorni in pazienti ricoverati in pronto soccorso con scompenso cardiaco acuto.

Introduction

L’insufficienza cardiaca acuta (AHF) deriva dalla rapida insorgenza di segni, sintomi ed esacerbazione dei derivati dello scompenso cardiaco e da una combinazione di anomalie cliniche, emodinamiche e neuroormonali, tra cui l’attivazione infiammatoria sistemica, che porta a ritenzione di sodio e acqua¹. Questo accumulo a lungo termine fa sì che le reti di glicosaminoglicani interstiziali (GAG) diventino disfunzionali, con conseguente riduzione della capacità tampone e modifica della forma e della funzione delle reti GAG ^1,2. Ciò contribuisce ad alterare la composizione corporea a causa dello spostamento dei liquidi dallo spazio intracellulare a quello extracellulare³, inducendo così un aumento dei liquidi corporei e portando alla congestione, che è la causa più comune di ospedalizzazione con scompenso cardiaco. È principalmente il sovraccarico di liquidi, la ridistribuzione compartimentale dei liquidi o una combinazione di entrambi i meccanismi che richiedono cure mediche immediate ^4,5. Questa condizione è uno dei principali predittori di una prognosi^{infausta 6,7}.

Considerando che l’AHF è la causa più comune di ricoveri ospedalieri nei pazienti di età superiore ai 65 anni^{8, circa} il 90% di coloro che vengono ricoverati in un pronto soccorso presenta un sovraccarico di liquidi⁶ e circa il 50% di questi pazienti viene dimesso con sintomi persistenti di dispnea e affaticamento e/o perdita di peso minima o nulla⁹. I tassi di mortalità intraospedaliera variano dal 4% all’8% dopo la dimissione; C’è un aumento dall’8% al 15% a tre mesi e per la riospedalizzazione, i tassi vanno dal 30% al 38% a 3 mesi¹⁰. Pertanto, la valutazione rapida e accurata della congestione in tempo reale e in contesti acuti, come un pronto soccorso, è fondamentale per la gestione terapeutica¹¹ e per determinare la prognosi, la morbilità e la mortalità^{della malattia 6}.

L’analisi dell’impedenza bioelettrica (BIA) è stata suggerita per stimare la composizione corporea per essere una tecnica sicura, non invasiva e portatile¹². Per stimare un’impedenza di tutto il corpo, BIA utilizza un analizzatore di impedenza sensibile alla fase che introduce una corrente alternata costante attraverso elettrodi di superficie tetrapolari posizionati sulle mani e sui piedi¹². Questo metodo combina la resistenza (R), la reattanza (Xc) e l’angolo di fase (PhA)¹³, dove R è l’opposizione al flusso della corrente alternata attraverso la soluzione ionica intracellulare ed extracellulare. Xc è il ritardo nella conduzione (componenti dielettrici) o la conformità delle interfacce tissutali, delle membrane cellulari e degli organelli con il passaggio della corrente somministrata¹². Il PhA riflette la relazione tra R e Xc. È derivato dalle proprietà elettriche del tessuto; È espresso come il ritardo tra la tensione e la corrente alla membrana cellulare e alle interfacce tissutali e viene misurato con i dispositivi sensibili alla fase^14,15,16,17.

Il PhA è calcolato a partire da dati grezzi su R e Xc (PA [gradi] = arcotangente (Xc/R) x (180°/π)), ed è considerato uno degli indicatori della salute cellulare e della struttura della membrana cellulare¹⁸, nonché un indicatore della distribuzione degli spazi ICW ed ECW, cioè ridistribuzioni alterate dei compartimenti (in particolare, cambiamenti da acqua intracellulare a acqua extracellulare, quali bassi angoli di fase possono mostrare)¹⁹. Pertanto, un basso valore di PhA può essere dovuto a iperidratazione e/o malnutrizione e lo Z-score potrebbe essere utilizzato per differenziare se questo basso PhA è dovuto alla perdita di massa dei tessuti molli, a un aumento dell’idratazione dei tessuti o a entrambi. Inoltre, la trasformazione dello Z-score potrebbe aiutare i ricercatori a confrontare i cambiamenti in diverse popolazioni di studio ^3,14.

Inoltre, il PhA è considerato un predittore dello stato di salute, un indicatore di sopravvivenza e un marcatore prognostico per diversi esiti clinici 3,20, anche in altre condizioni cliniche 20,21,22,23, dove valori elevati di PhA indicano una maggiore integrità e vitalità della membrana cellulare ^10,13e quindi maggiore funzionalità. Ciò è in contrasto con i bassi valori di PhA, che riflettono l’integrità della membrana e la perdita di permeabilità, portando a una compromissione della funzione cellulare o addirittura alla morte cellulare^14,22,24. Nei pazienti con insufficienza cardiaca cronica (CHF), valori di PhA più bassi sono stati associati a una peggiore classificazione della classe funzionale²⁵. Inoltre, uno dei vantaggi della misurazione della PhA è che non richiede parametri richiamati, peso corporeo o biomarcatori.

Diversi studi hanno raccomandato l’uso di misurazioni BIA grezze in pazienti che presentavano alterazioni negli spostamenti e nelle ridistribuzioni dei fluidi o uno stato di idratazione non costante, come quelli in AHF²⁶. Questo perché la BIA si basa su equazioni di regressione che stimano l’acqua corporea totale (TBW), l’acqua corporea extracellulare (ECW) e l’acqua corporea intracellulare (ICW). Pertanto, le stime della massa magra e grassa in tali pazienti sono distorte a causa della relazione fisiologica con l’idratazione dei tessuti molli²⁷.

Il metodo BIVA (Bioelectrical Impedance Vectorial Analysis) supera alcuni limiti del metodo BIA convenzionale²⁸. Fornisce informazioni aggiuntive attraverso una valutazione semiquantitativa della composizione corporea in termini di massa corporea (BCM), integrità della massa cellulare e stato di idratazione²⁹. Pertanto, consente una stima del volume dei fluidi corporei attraverso la distribuzione vettoriale e i modelli di distanza su un grafico R-Xc^28,30. BIVA viene utilizzato per creare un grafico vettoriale dell’impedenza (Z) utilizzando i valori R e Xc di tutto il corpo derivati da BIA a una frequenza di 50 kHz.

Per regolare i valori grezzi di R e Xc, i parametri R e Xc sono standardizzati in base all’altezza (H), espressi come R/H e Xc/H in Ohm/m e tracciati come vettori; questo vettore ha una lunghezza (proporzionale al TBW) e una direzione sul grafico R-Xc^16,28.

Un grafico R-Xc sesso-specifico contiene tre ellissi, che corrispondono alle ellissi di tolleranza del 50%, 75% e 95% di una popolazione di riferimento sana 28,31,32; la forma ellissoidale delle ellissi è determinata dalla relazione tra R/H e Xc/H. Tuttavia, per valutare i parametri di impedenza in una popolazione sanitaria di riferimento specifica per genere, i parametri BIA grezzi originali sono stati trasformati in punteggi Z bivariati (in un’analisi BIVA Z-score) e tracciati su un grafico R-Xc Z-score^33,34. Questo grafico, confrontato con un grafico R-Xc, rappresentava gli standard R/H e Xc/H come un punteggio Z bivariato, cioè Z(R) e Z(Xc) mostravano il numero di deviazioni standard dal valore medio del gruppo^{di riferimento 33}. Le ellissi di tolleranza del punteggio Z hanno conservato lo stesso modello delle ellissi per i percentili sul grafico R-Xc originale^31,33. I grafici Z-score per R-Xc e R-Xc hanno mostrato cambiamenti nella massa dei tessuti molli e nell’idratazione dei tessuti indipendentemente dalle equazioni di regressione o dal peso corporeo.

Gli spostamenti vettoriali lungo l’asse maggiore delle ellissi indicavano cambiamenti nello stato di idratazione; un vettore accorciato che è sceso al di sotto del polo del 75% di un’ellisse ha indicato edema da vaiolatura (sensibilità = 75% e specificità = 86%); tuttavia, la soglia ottimale per il rilevamento dell’edema vaiolante era diversa nei pazienti con AHF e CHF, dove il polo inferiore del 75% corrispondeva ai pazienti con AHF e il 50% corrispondeva all’edema dei pazienti con CHF (sensibilità = 85% e specificità = 87%)³⁵. D’altra parte, gli spostamenti dei vettori lungo l’asse minore corrispondevano alla massa cellulare. Il lato sinistro delle ellissi indicava un’elevata massa cellulare (cioè più tessuti molli), dove i vettori più corti corrispondevano a individui obesi ed erano caratterizzati da fasi simili a quelle di quelli atletici, che avevano vettori più lunghi. Al contrario, il lato destro indicava una minore massa cellulare corporea^21,34; secondo Picolli et al.31,33, i punteggi dei vettori dei gruppi anoressia, HIV e cancro erano localizzati sul lato destro dell’asse minore^, che corrisponde alla categoria della cachessia.

Questo studio mirava a spiegare come ottenere e interpretare i valori di PhA utilizzando la BIA in pazienti con AHF che sono stati ricoverati in un pronto soccorso e a mostrare la loro applicabilità/utilità clinica come marcatore predittivo per la prognosi di eventi a 90 giorni.

Protocol

Il protocollo è stato approvato dal Comitato Etico della Ricerca dell’Istituto Nazionale di Scienze Mediche e Nutrizioni, Salvador Zubirán (REF. 3057). Per condurre le misurazioni BIA, sono state utilizzate apparecchiature tetrapolari a frequenza multipla (vedi Tabella dei materiali). Questa apparecchiatura ha fornito valori grezzi accurati per la resistenza (R), la reattanza (Xc) e l’angolo di fase (PhA) a una frequenza di 50 kHz, che ha permesso di misurare l’impedenza con il miglior rapporto segnale…

Representative Results

Secondo il protocollo sopra descritto, presentiamo i dati di quattro pazienti affetti da AHF (due femmine e due maschi) che sono stati ricoverati in un pronto soccorso come esempio dell’applicabilità clinica dei valori dell’angolo di fase e dell’analisi BIVA Z-score. Le misurazioni BIA sono state eseguite utilizzando apparecchiature a frequenza multipla sensibili alla fase entro 24 ore dal ricovero. Per calcolare lo Z-score bivariato dalla media della fascia di età, è stata utilizzata la se…

Discussion

Questo protocollo descrive l’utilità dell’utilizzo dell’analisi R-Xc Z-score nella pratica clinica per i pazienti ricoverati in un pronto soccorso con AHF. Considerando che nei pazienti con AHF, il motivo principale del ricovero ospedaliero è la congestione, il suo rilevamento rapido e accurato e la sua valutazione sono cruciali per gli esiti dei pazienti⁶.

Questo articolo illustra la varietà di manifestazioni cliniche dell’AHF e come l’analisi dello Z-score BIVA (st…

Materials

Alcohol 70% swabs	NA	NA	Any brand can be used
BIVA software 2002	NA	NA	Is a sofware created for academic use, can be download in http:// www.renalgate.it/formule_calcolatori/ bioimpedenza.htm in "LE FORMULE DEL Prof. Piccoli" section
Chlorhexidine Wipes	NA	NA	Any brand can be used
Examination table	NA	NA	Any brand can be used
Leadwires square socket	BodyStat	SQ-WIRES
Long Bodystat 0525 electrodes	BodyStat	BS-EL4000
Quadscan 4000 equipment	BodyStat	BS-4000	Impedance measuring range: 20 – 1300 Ω ohms Test Current: 620 μA Frequency: 5, 50, 100, 200 kHz Accuracy: Impedance 5 kHz: +/- 2 Ω Impedance 50 kHz: +/- 2 Ω Impedance 100 kHz: +/- 3 Ω Impedance 200 kHz: +/- 3 Ω Resistance 50 kHz: +/- 2 Ω Reactance 50 kHz: +/- 1 Ω Phase Angle 50 kHz: +/- 0.2° Calibration: A resistor is supplied for independent verification from time to time. The impedance value should read between 496 and 503 Ω.