Accoppiamento cardioventilatorio in pazienti critici

Le oscillazioni della pressione intratoracica dovute alla ventilazione a pressione positiva inducono modificazioni cicliche dell'attività dei recettori vascolari polmonari e dei meccanocettori cardiaci. Questi effetti modificano la modulazione del sistema nervoso autonomo con modifica dell'attività sia simpatica che vagale.

L'interazione cardio-ventilatoria è stata recentemente studiata attraverso la variabilità della frequenza cardiaca in pazienti critici ventilati meccanicamente. L'analisi della densità dello spettro di potenza fornisce informazioni sulla distribuzione della potenza (la varianza dell'intervallo battito-battito) come funzione delle frequenze. Soggetti sani che respirano spontaneamente mostrano un aumento ciclico inspiratorio e una diminuzione espiratoria della frequenza cardiaca e un "accoppiamento di fase" tra battiti cardiaci e respirazione (che causa il verificarsi di battiti cardiaci a fasi costanti del ciclo respiratorio), comunemente noto come accoppiamento cardioventilatorio. Questi fenomeni hanno origine da una complessa interazione di diversi meccanismi tra cui la spinta centrale, il feedback dei barocettori arteriosi, il feedback dei recettori di stiramento toracico e polmonare e i meccanismi non neurali intrinseci al cuore, che non sono completamente compresi. Sebbene l'importanza fisiologica dell'aritmia sinusale respiratoria e dell'accoppiamento cardioventilatorio non sia stata chiarita, diversi autori hanno suggerito che potrebbero migliorare l'abbinamento ventilazione/perfusione attraverso una ridistribuzione dei battiti cardiaci (e di conseguenza della perfusione) all'interno del ciclo respiratorio, con effetti benefici sullo scambio gassoso . Inoltre, la diminuzione dell'ampiezza dell'aritmia sinusale respiratoria è stata utilizzata come indicatore di controllo autonomico compromesso e di scarso esito clinico, anche durante la ventilazione meccanica. È stato dimostrato che durante la ventilazione meccanica controllata l'ampiezza dell'aritmia sinusale respiratoria è notevolmente ridotta e l'accoppiamento cardioventilatorio generalmente abolito. Teoricamente, le modalità di ventilazione meccanica che assistono la pompa respiratoria al momento dell'attivazione da parte del paziente, come la ventilazione con supporto di pressione (PSV), potrebbero mantenere livelli di aritmia sinusale respiratoria più elevati attraverso la modulazione vagale fasica originata centralmente rispetto alla ventilazione meccanica controllata. Inoltre, la ventilazione meccanica con volumi correnti variabili respiro per respiro, la cosiddetta "ventilazione variabile", potrebbe preservare meglio l'aritmia sinusale respiratoria e l'accoppiamento cardioventilatorio, e questo potrebbe giocare un ruolo nel miglioramento dell'ossigenazione arteriosa riscontrato in diversi modelli di malattia acuta danno polmonare, anche se con risultati variabili, quando si confrontano ventilazione meccanica variabile e convenzionale. Negli animali da esperimento anestetizzati l'accoppiamento cardioventilatorio era più preservato durante la ventilazione assistita a pressione rispetto alla ventilazione a pressione controllata. Se questi risultati potrebbero essere presenti negli esseri umani è ancora sconosciuto. Inoltre, è stato dimostrato che alcune nuove metodologie di ventilazione assistita, come l'assistenza ventilatoria regolata neuralmente (NAVA), aumentano la variabilità respiro-respiro e la variabilità del volume corrente, ma i loro effetti sull'accoppiamento cardioventilatorio non sono chiari.

Lo studio si propone di misurare la variabilità della frequenza cardiaca, la variabilità della frequenza respiratoria e l'accoppiamento cardioventilatorio in pazienti critici durante la ventilazione meccanica sia in modalità controllata (pressione controllata) che in modalità assistita (ventilazione a pressione assistita e NAVA).

Metodi I pazienti arruolati sono collegati a un monitor di terapia intensiva S/5 (GE, Helsinki, Finlandia) e sono ventilati meccanicamente con un ventilatore Servo-I (Maquet, Germania) dotato di modulo di attività elettrica diaframmatica (EAdi, Maquet, Germania). In tutti i pazienti viene posizionato un catetere nasogastrico EAdi da 16 Fr. Viene avviata una sequenza di tre fasi di studio consecutive di diverse modalità di ventilazione meccanica (PCV, PSV e NAVA). La sequenza delle modalità ventilatorie è randomizzata per ogni paziente. Dopo un periodo di acclimatazione di 10 minuti per ciascuna fase dello studio, le onde elettrocardiografiche, di pressione arteriosa e ventilatorie vengono raccolte per 30 minuti consecutivi su un computer portatile tramite il software S/5 Collect (GE, Helsinki, Finlandia) e NAVA Tracker (Maquet, Germania) per Finestre.

Analisi della variabilità della frequenza cardiaca Analisi lineare All'interno di ciascuna fase sperimentale vengono selezionate sequenze di 300 battiti cardiaci consecutivi. La media e la varianza del periodo cardiaco sono espresse rispettivamente in msec e msec^2. La densità spettrale autoregressiva è scomposta in componenti ciascuna caratterizzata da una frequenza centrale. Una componente spettrale è etichettata come LF se la sua frequenza centrale è compresa tra 0,04 e 0,15 Hz, mentre è classificata come HF se la sua frequenza centrale è compresa tra 0,15 e 0,5 Hz. Si ritiene che la potenza HF rappresenti la modulazione vagale guidata dalla respirazione della frequenza cardiaca. Per escludere l'effetto delle variazioni delle densità dello spettro di potenza totale sulle componenti LF e HF, i valori spettrali sono espressi anche in unità normalizzate (NU). La normalizzazione consisteva nel dividere la potenza di una data componente spettrale per la potenza totale meno la potenza inferiore a 0,04 Hz (componente spettrale a frequenza molto bassa [VLF]) e moltiplicare il rapporto per 100. Il rapporto tra la potenza LF e quella HF (LF/HF) è considerato un indicatore dell'equilibrio tra modulazione simpatica e vagale diretta al cuore.

Analisi non lineare L'analisi non lineare è stata condotta mediante l'analisi simbolica. L'analisi simbolica viene condotta sulle stesse sequenze di 300 battiti cardiaci consecutivi utilizzate per l'analisi autoregressiva. L'intera gamma dell'intervallo R-R in ciascuna serie è divisa uniformemente in 6 sezioni (simboli) e sono stati considerati modelli di 3 intervalli di battito cardiaco consecutivi. Così ogni sequenza di 300 battiti cardiaci aveva il proprio range R-to-R e 298 triplette consecutive di simboli. L'entropia di Shannon della distribuzione dei pattern viene calcolata per fornire una quantificazione della complessità della distribuzione dei pattern. Tutte le terzine di simboli sono raggruppate in 3 possibili modelli di variazione: (i) nessuna variazione (0V, tutti e 3 i simboli erano uguali), (ii) 1 variazione (1V, 2 simboli conseguenti erano uguali e il simbolo rimanente era diverso), ( iii) schemi con 2 variazioni (2V, tutti i simboli erano diversi dal precedente). In precedenza, la percentuale di modelli 0V aumentava (e 2V diminuiva) in risposta a stimoli simpatici, mentre i modelli 2V aumentavano (e 0V diminuivano) in risposta a stimoli vagali. È stata calcolata la percentuale dei pattern 0V e 2V ed è stato calcolato il rapporto 0V/2V per stimare l'equilibrio tra modulazione simpatica e vagale.

Analisi dell'accoppiamento cardioventilatorio Verrà implementato il metodo di sincronizzazione di fase per la quantificazione dell'accoppiamento tra oscillatori autosufficienti debolmente accoppiati (in questo caso cuore e ventilatore). L'idea alla base è che una buona modalità ventilatoria dovrebbe produrre una coordinazione cardiorespiratoria indistinguibile da quella osservata nel soggetto sano durante la respirazione spontanea alla stessa frequenza e ampiezza. La tecnica di sincronizzazione di fase è integrata con l'analisi simbolica congiunta e la valutazione dell'entropia intercondizionale dell'accoppiamento cardio-respiratorio in termini di grado di ripetibilità degli schemi di coordinamento tra il segnale della frequenza cardiaca e la ventilazione. Questi approcci hanno il principale vantaggio di essere meno sensibili alla non stazionarietà e di essere in grado di catturare accoppiamenti non lineari su sequenze di dati più brevi.

Dimensione del campione data una varianza totale della variabilità della frequenza cardiaca pari a 1000 msec^2, per rilevare una differenza di 300 msec^2 (con una deviazione standard di 200 msec^2) tra le fasi dello studio con un errore alfa=0,05, potenza=80%, dimensione dell'effetto=0.4, Saranno reclutati 22 pazienti.

La distribuzione normale viene verificata con il test di Kolmogorov-Smirnov. Si utilizza il test t di Student a due code per campioni dipendenti o indipendenti, o il test di Wilcoxon-U in caso di distribuzione non normale. Le misure ripetute vengono analizzate con l'analisi della varianza unidirezionale (ANOVA) seguita dal test di Bonferroni post-hoc.