Valutazione dell’efficienza cardio-respiratoria

P. Agostoni, P. Zeppilli, B. Caru’

 Gli effetti dell’esercizio fisico sul corpo umano sono molteplici ed interessano in modo complementare sia la sfera psichica sia quella fisica.Gli effetti, positivi, sono sia a carattere generale sul tono dell’umore, sia specifici sulla regolazione della respirazione e della frequenza cardiaca (FC). Essi si realizzano tanto nei soggetti sani quanto in quelli con malattie cardiorespiratorie.La risposta del nostro organismo all’esercizio fisico comprende aggiustamenti respiratori, cardiovascolari, umorali, del sistema nervoso autonomo, ormonali e muscolari. Essa è funzione della condizione fisica e di salute del soggetto, del tipo d’esercizio applicato, dello strumento di valutazione dello stesso (in campo medico gli ergometri più utilizzati sono il cicloergometro ed il nastro trasportatore o treadmill) e del protocollo utilizzato.In ambito clinico, esistono due grandi famiglie di protocolli, a carico costante e a carico incrementale, i quali consentono di valutare aspetti specifici di fisiologia clinica dell’esercizio.

Protocolli a carico costante

Questi protocolli, con la sola eccezione del test del cammino, hanno rilevanza scientifica ma poca importanza sul piano clinico. L’informazione più utile si ottiene all’inizio dell’esercizio ed è in rapporto al tempo necessario per il raggiungimento della nuova condizione di “steady state” rispetto al basale, il quale è funzione dell’efficienza dell’apparato cardiovascolare . Informazioni analoghe possono essere ottenute studiando la cinetica del consumo d’ossigeno (V . O2 ) nella fase di recupero, anch’essa funzione dello stato di salute cardiovascolare. Se il carico costante è effettuato sopra la soglia anaerobica, è anche possibile studiare la differenza in V . O2 tra 6° e 3° minuto dello sforzo.Il test del cammino fa parte dei test a carico costante e si basa sulla distanza percorsa in un certo lasso di tempo, che nei pazienti è di solito 6 minuti. Questo test ed altri similari devono essere condotti senza strenuo incoraggiamento e, per essere confrontabili tra loro, dovrebbero essere eseguiti dopo che il paziente si è “familiarizzato” con la prova . Nei pazienti con scompenso cardiaco, la distanza percorsa in 6 minuti è un indice prognostico predittivo indipendente dalla classe NYHA e dalla frazione di eiezione del ventricolo sinistro.

Protocolli a carico incrementale 

 I protocolli a carico incrementale sono quelli più frequentemente usati per la valutazione clinica e funzionale dei pazienti nell’ambito del cosiddetto test cardiopolmonare. Essi forniscono informazioni circa la patologia responsabile della limitazione funzionale, la capacità funzionale stessa, la prognosi, la progressione della malattia e della disabilità, il trattamento di scelta e l’efficacia della terapia. Esistono due tipi di protocolli a carico incrementale: quelli nei quali il carico di lavoro aumenta in modo continuo (a rampa) e quelli nei quali l’aumento è discontinuo (a gradini). I protocolli con incremento continuo forniscono informazioni su momenti specifici dell’esercizio, quali la soglia anaerobica o la fine del tamponamento isocapnico (la cosiddetta seconda soglia) e la cinetica della ventilazione e dei gas espirati, fra le quali la relazione ventilazione/emissione d’anidride carbonica (VE/V . CO2) e V . O2/lavoro. I protocolli con incremento discontinuo sono utili soprattutto quando occorrono valutazioni specifiche ad un carico determinato, quali la determinazione della gettata cardiaca (GC), della pressione polmonare, eccetera. Il parametro più frequentemente utilizzato è il V . O2 di picco. Nel protocollo a rampa è indispensabile una seduta di “familiarizzazione”: sono state riportate, infatti, differenze di V . O2 di picco fino al 25% tra un primo ed un secondo test nello stesso soggetto. Un altro problema è la personalizzazione dell’incremento del carico di lavoro. Test troppo brevi (incremento troppo rapido del carico di lavoro) o troppo lunghi (incremento troppo lento) influenzano i risultati. La durata ideale di un test a rampa è di 10 minuti, ma può non essere semplice identificare il carico di lavoro che permette di raggiungere il picco dell’esercizio in 10 minuti. Un aspetto importante perché, ad eccezione del V . O2 alla soglia anaerobica e della relazione VE/V . CO2, tutti gli altri parametri danno risultati diversi secondo la durata del test . Per questo, quando si utilizza un test massimale a rampa, è opportuno indicare la durata dello stesso. Da un protocollo a rampa si ottengono numerosi parametri di valutazione dell’esercizio, la cui analisi combinata favorisce l’acquisizione di rilevanti informazioni fisiopatologiche. Qui di seguito riportiamo in forma sintetica le caratteristiche dei parametri principali.

V . O2 massimale e al picco dell’esercizio Il V . O2 massimo o al picco dell’esercizio è il parametro più noto ottenuto dal test da sforzo cardiopolmonare. Si definisce V . O2 massimo (V . O2max) il valore di V . O2 misurato quando, nonostante un ulteriore incremento di carico di lavoro, il consumo di O2 non aumenta più e rimane costante. In ambito clinico, diversamente dal soggetto sano e dall’atleta, il V . O2max è raggiunto raramente. Per questo motivo, nell’analisi valutativa esso è sostituito dal V . O2 di picco, definito come il V . O2 più alto raggiunto. È importante ricordare che il V . O2 è dato da: Gettata cardiaca (GC) × differenza artero-venosa di O2 [C(a-v)O2) e, siccome nel soggetto sano l’incremento di C(a-v)O2 ha un andamento lineare con l’aumento del carico di lavoro, è possibile, conoscendo il V . O2, stimare l’incremento della GC. La C(av) O2 dipende dalle modificazioni in contenuto di O2 in arteria sistemica (CaO2) e polmonare (CvO2) che si sviluppano durante esercizio . Circa 20 anni fa, Weber e Janicki  hanno descritto una classificazione della capacità funzionale dei pazienti con scompenso cardiaco cronico, tuttora utilizzata, basata sul V . O2 di picco normalizzato per il peso corporeo. La classificazione ha avuto il pregio indiscutibile di essere stata la prima in termini funzionali, ma ha alcuni difetti intrinseci, dovuti al fatto che non prende in considerazione età, sesso e “fitness” del soggetto. Inoltre, nonostante la normalizzazione per il peso corporeo, essa non considera che il V . O2 della massa grassa è diverso da quello della massa magra. Per questo motivo, nei soggetti obesi, si ha una sottostima del V . O2 prokg effettivamente raggiunto. In questi pazienti, conviene abbandonare la classificazione di Weber e Janicki e ricorrere ad una valutazione basata sul percento del predetto normalizzato per la massa grassa. Tuttavia, considerando semplicemente il V . O2 in ml/min/ kg, si può ritenere che un V . O2 di picco <10 ml/min/kg corrisponda a prognosi severa e un V . O2 di picco >16 ml/min/kg ad prognosi favorevole. La valutazione dei pazienti che si collocano tra 10 e 16 ml/min/kg non può essere affidata solo a questo parametro.

Il V . O2 alla soglia anaerobica  Il V . O2 alla soglia anaerobica è un buon predittore della capacità d’esercizio ed è indipendente dalla durata dello sforzo. Il modo migliore per calcolare la soglia anaerobica (SA) è quello cosiddetto del V-slope, nella quale V . CO2 e V . O2 sono messi in correlazione l’uno con l’altro. Per una valutazione precisa della SA, e soprattutto per non confonderla con la fine del tamponamento isocapnico (“seconda soglia”), gli esperti raccomandano di confermare la SA calcolata con la V-slope con l’analisi degli equivalenti ventilatori per ossigeno (VE/V . CO2) e quelli per la O2 (VE/V . CO2). La soglia anaerobica è identificata quando VE/V . O2 aumenta e VE/V . CO2 rimane costante.

 La relazione V . O2/carico di lavoro   La relazione V . O2/carico di lavoro è utilizzata per la valutazione della performance cardiovascolare. Una ridotta relazione V . O2/carico di lavoro documenta una peggiore performance cardiovascolare perché minore è la quantità d’energia prodotta anaerobicamente.Il valore superiore della relazione V . O2/carico di lavoro sembra essere fisso, perchè gli atleti sono in grado di prolungare l’esercizio ma non di aumentare la pendenza della relazione V . O2/carico di lavoro. Questa relazione si appiattisce quando l’incremento della GC o la sua distribuzione in periferia è insufficiente. Il valore normale della relazione V . O2/carico di lavoro è ~10 ml/min/watt.

Polso d’ossigeno, relazione c V . O2/FC e cardiac power Il polso d’ossigeno, vale a dire il rapporto tra V . O2/FC è un indice di performance cardiaca.Il polso d’ossigeno è dato da: volume sistolico × C(a-v)O2 ed è spesso, erroneamente, usato come surrogato della gettata sistolica. Il polso d’ossigeno aumenta soprattutto nella prima parte dell’esercizio ed, in modo minore o addirittura nullo, nella seconda parte dello stesso.Infatti, nella seconda parte dell’esercizio, l’aumento della GC è funzione soprattutto dell’aumento della FC. Il “cardiac power”, calcolato dal prodotto di V . O2 e pressione arteriosa sistolica, è anch’esso utilizzato come indicatore della performance del ventricolo sinistro. A questo parametro, recentemente è stato assegnato un forte potere predittore in caso di scompenso cardiaco cronico.

Gettata cardiaca durante esercizio La GC e le sue variazioni durante esercizio fisico sono indicatori di severità di malattia e hanno valore prognostico, anche più potenti del V . O2 di picco.Infatti, la prognosi può essere favorevole, pur in presenza di ridotto V . O2 di picco, se l’aumento della GC indotto dall’esercizio è conservato, essendo probabile un concomitante importante decondizionamento muscolare. L’introduzione di metodi non invasivi per la misura della GC è una delle novità diagnostiche più importanti .

Ventilazione, volume corrente, frequenza ventilatoria, curve flusso-volume e relazione VE/V . CO2

 Durante esercizio si ha un incremento di ventilazione per l’aumento del volume corrente e della frequenza respiratoria.L’aumento del volume corrente si osserva soprattutto nella parte iniziale dell’esercizio, mentre l’incremento della frequenza respiratoria è presente soprattutto nella parte finale. Anche in assenza di cardiopatia organica, nei pazienti con fibrillazione atriale, l’incremento di ventilazione è leggermente superiore rispetto ai pazienti in ritmo sinusale, come è documentabile dall’aumento di VE/V . CO2 sia in termini di pendenza (slope) che di valore assoluto alla soglia anaerobica. Nei pazienti con scompenso cardiaco, si ha un abnorme aumento della ventilazione durante esercizio: esso è dovuto ad un aumento della frequenza respiratoria che compensa, in eccesso, il ridotto incremento del volume corrente . Numerose sono le cause d’iperventilazione nello scompenso cardiaco; fra esse, l’alterazione della meccanica toraco/polmonare, la riduzione della diffusione alveolo-capillare, l’aumento della necessità di ventilare per incremento sproporzionato della produzione di CO2, l’aumento dello spazio morto, l’eccessiva attività dei metaborecettori, dei chemorecettori e dei barorecettori. Le curve flusso/volume permettono di studiare la meccanica respiratoria durante esercizio in modo adeguato. Con queste curve è stato possibile documentare l’esistenza di una limitazione al flusso espiratorio anche in pazienti con scompenso cardiaco che, per aumentare la ventilazione durante esercizio, devono, a differenza del soggetto normale, aumentare, dopo una iniziale fisiologica riduzione, la capacità funzionale residua. Molti farmaci possono influenzare la ventilazione: gli ACE-inibitori, ma non gli AT1- bloccanti, aumentano la diffusione alvelocapillare, probabilmente attraverso un aumento della bradichinina polmonare. Gli antialdosteronici migliorano la diffusione alveolocapillare attraverso una riduzione della fibrosi polmonare (con il trattamento a lungo termine). I beta-bloccanti riducono l’iperventilazione.

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