Funzione cardiopolmonare e ventricolare destra in salute e malattia

Per il completamento degli obiettivi specifici 1-2, il protocollo sarà identico. L'obiettivo specifico 1 prevede l'analisi di pazienti con HFrEF come definito sopra; l'obiettivo specifico 2 prevede l'analisi di pazienti con HFpEF come definito sopra. Il protocollo per l'obiettivo specifico 3 (analisi degli atleti di resistenza) incorpora un protocollo diverso da quello descritto per gli obiettivi specifici 1-2.

Per i pazienti con HFrEF e HFpEF (obiettivi specifici 1-2): ci sarà un'unica visita per i test. Questa visita comporterà una valutazione di base dell'emodinamica utilizzando un catetere di Swan-Ganz, seguita da test da sforzo invasivi con un catetere di conduttanza ad alta fedeltà, che fornisce i loop PV RV in tempo reale. Il catetere Swan-Ganz è un catetere flessibile 7-French che viene abitualmente utilizzato per la valutazione emodinamica per scopi clinici e di ricerca (attualmente stiamo utilizzando questo catetere per COMIRB n. 16-1635 e COMIRB n. 17-1042). Lo scopo di questo catetere è determinare i parametri emodinamici di base (in "termini profani", per descrivere le pressioni di riempimento del lato sinistro e destro, nonché le pressioni nei polmoni) e determinare la gittata cardiaca a riposo. Il catetere di Swan-Ganz verrà inserito e rimosso dopo aver ottenuto queste misurazioni - si prevede che questa procedura richiederà 10-15 minuti. Il ricercatore principale di questo studio, il dottor Cornwell, esegue regolarmente queste procedure sia in ambito clinico che di ricerca e utilizzerà tecniche standard per l'inserimento del catetere. Verrà utilizzata la guida ecografica per identificare la vena giugulare interna destra, dove è inserito il catetere, e verrà utilizzata la fluoroscopia per guidare il posizionamento del catetere per il monitoraggio emodinamico.

Dopo il completamento della valutazione emodinamica di base, il catetere di Swan-Ganz verrà rimosso. Successivamente, il catetere di conduttanza ad alta fedeltà verrà inserito nel RV utilizzando tecniche standard. Questo catetere è anche un catetere flessibile 7-French (attualmente utilizzato per COMIRB n. 17-1042) che ha un manometro di pressione sulla punta, insieme a diversi elettrodi di conduttanza che misurano continuamente il volume nel ventricolo, registrando continuamente i cambiamenti di pressione e volume durante tutto il ciclo cardiaco, il catetere genera il "loop PV". Questi cateteri forniscono informazioni che non sono disponibili con i cateteri di Swan-Ganz standard (fare riferimento alle misurazioni dei risultati sopra elencate). Dopo l'inserimento del catetere di conduttanza, verrà posizionata una linea arteriosa nell'arteria radiale sinistra o destra, utilizzando una tecnica sterile e con guida ecografica. Lo scopo di questo catetere è duplice: 1) fornire una valutazione gold standard della pressione arteriosa durante l'esercizio; e 2) misurare la saturazione di ossigeno arterioso per calcolare una gittata cardiaca dall'equazione di Fick. La valutazione emodinamica di base comporterà il monitoraggio per circa 5 minuti durante la respirazione spontanea, seguiti da circa 6 minuti di respirazione a frequenza respiratoria controllata (12 volte al minuto), che consente di determinare la variabilità della pressione sanguigna a breve termine dopo aver controllato l'effetto di variazione respiratoria, seguita da manovra di Valsalva e reattività vasomotoria (respiro inspiratorio trattenuto per 30 secondi).

Dopo l'inserimento del catetere di conduttanza, del catetere arterioso e dell'acquisizione dei dati di base, il paziente verrà posizionato su un cicloergometro verticale. Nel caso in cui il paziente non sia in grado di eseguire esercizi in posizione eretta, verrà utilizzato un ergometro supino. Il paziente completerà quindi l'esercizio a due carichi di lavoro submassimali (al di sotto della soglia ventilatoria) che simulano scenari del mondo reale/attività normali della vita quotidiana, seguiti dall'esercizio di picco. Per ottenere dati submassimali, il carico di lavoro sulla bicicletta inizierà a 0 Watt. Ogni 1-2 minuti, il carico di lavoro verrà costantemente aumentato, generalmente con incrementi di 12,5-25 Watt, fino a quando il paziente indica che il punteggio del tasso di sforzo percepito (RPE) è 7-9, su una scala da 6 a 20 punti. 24 Questo carico di lavoro corrisponderà a un esercizio "lieve", o allo stato stazionario 1. Il carico di lavoro verrà mantenuto a questo livello per circa 4-5 minuti, durante i quali verranno ottenuti i dati emodinamici. Successivamente, il carico di lavoro verrà nuovamente aumentato con incrementi di 12,5-25 Watt fino a quando il partecipante non indicherà che il punteggio RPE è 11-13,24 Questo carico di lavoro corrisponderà a un esercizio "moderato", o stato stazionario 2. Il carico di lavoro sarà mantenuto a questo livello per circa 4-5 minuti, durante i quali si otterranno dati emodinamici. Al paziente verrà quindi assegnata una pausa di 5-10 minuti. Dopo la pausa, il paziente completerà un test da sforzo cardiopolmonare limitato dai sintomi, per cui il carico di lavoro inizierà a 0 Watt e generalmente aumenterà ogni 1-2 minuti con incrementi di 12,5-25 Watt fino all'esaurimento. I dati emodinamici verranno registrati continuamente e i dati finali saranno ottenuti al picco del carico di lavoro raggiunto. Questo protocollo consentirà l'acquisizione dei dati in cinque diverse posizioni: 1) riposo supino; 2) riposo eretto; 3) stato stazionario 1, o esercizio "lieve"; 4) stato stazionario 2, o esercizio "moderato"; e 5) esercizio di punta. I campioni di sangue saranno raccolti in ciascuna di queste fasi: il sangue sarà testato per i livelli di saturazione di ossigeno arterioso e venoso (per calcolare una gittata cardiaca di Fick), nonché un livello di acido lattico venoso/capillare mediante puntura del dito. I livelli di acido lattico verranno utilizzati per valutare lo sforzo lavorativo del partecipante in ogni fase dell'esercizio (come "regola empirica", i livelli submassimali di esercizio hanno un livello di acido lattico associato inferiore a 4mmol/L. Un esame emocromocitometrico completo sarà ottenuto in posizione di riposo supina per determinare la concentrazione di emoglobina, che verrà utilizzata per calcolare la gittata cardiaca di Fick durante tutte le fasi dell'esercizio. Dopo il completamento dello studio, il paziente verrà riportato in posizione supina e disstrumentato. Questo protocollo è molto simile ai protocolli utilizzati come parte di COMIRB #16-1635 e #17-1042; sulla base della nostra esperienza con questi protocolli, si prevede che questo studio durerà circa 4-5 ore.

Per gli atleti di resistenza (obiettivo specifico 3): Ci saranno due visite per questo studio:

• Visita 1: valutazione di base: questa visita includerà consenso informato, iscrizione allo studio, anamnesi e fisico, seguito da un test da sforzo cardiopolmonare non invasivo (CPET) con ecocardiografia da sforzo. Il CPET sarà condotto nel modo seguente: verrà eseguito un ecocardiogramma a riposo per valutare la struttura e la funzione cardiaca ed escludere qualsiasi malattia strutturale. L'atleta completerà quindi un CPET limitato dai sintomi, per cui il carico di lavoro sull'ergometro inizierà a 0 Watt e aumenterà di circa 50 Watt ogni 1-2 minuti fino all'esaurimento. Immediatamente dopo il completamento del test, verrà ripetuta l'ecocardiografia per valutare il movimento della parete e la struttura cardiaca al picco dell'esercizio. Durante questo test, la frequenza cardiaca (HR) e il ritmo, così come la pressione sanguigna (BP) saranno continuamente monitorati in modo non invasivo. Nel caso in cui vengano rilevate anomalie durante questo periodo di tempo, il paziente sarà escluso da ulteriori test. I risultati del test saranno comunicati al partecipante.

• Visita 2: "Race-Day". In questo giorno di test, i partecipanti completeranno una risonanza magnetica cardiaca senza contrasto prima e immediatamente dopo il test. I test includeranno una prova cronometrata per il completamento di un evento ciclistico di 180 km (la distanza della parte in bicicletta di un evento Ironman)22.

  • Risonanza magnetica cardiaca al basale: per valutare la struttura e la funzione cardiaca al basale. Questo sarà completato nel Brain Imaging Center presso l'Anschutz Medical Campus.
  • Test: dopo il completamento della risonanza magnetica cardiaca, i partecipanti saranno accompagnati al laboratorio per i test. Gli atleti saranno sottoposti all'inserimento di un catetere di Swan-Ganz utilizzando tecniche standard (come descritto sopra). Verrà ottenuta una valutazione emodinamica di base per determinare le pressioni di riempimento del lato sinistro e destro, nonché la gittata cardiaca. Si otterrà anche la respirazione spontanea e controllata, la manovra di Valsalva e la reattività vasomotoria. Dopo questa valutazione, il catetere di Swan-Ganz verrà rimosso e verrà inserito un catetere di conduttanza per ottenere loop PV RV. Saranno acquisiti anelli a riposo supino. Successivamente, l'atleta verrà posizionato su una bicicletta verticale. Il partecipante completerà quindi una prova a tempo (ovvero, registreremo il tempo necessario al completamento dell'evento). La distanza sarà la stessa per tutti i partecipanti e sarà di 180 km (la distanza della parte ciclistica di una competizione Ironman)22. I partecipanti saranno istruiti a completare l'evento a un ritmo con cui si sentono a proprio agio ed è compatibile con il loro tipico ritmo di gara. Le pause durante la pedalata saranno assegnate su richiesta dell'atleta. Cibo e bevande/snack saranno assegnati su richiesta dell'atleta (l'obiettivo è simulare uno scenario reale del giorno della gara). Durante l'evento, FC e ritmo, così come BP, saranno registrati continuamente. I loop PV RV, così come le metriche di scambio di gas tramite calorimetria indiretta, saranno analizzati continuamente e registrati ogni 30 minuti durante l'evento. Dopo il completamento dell'evento, l'atleta verrà riportato in posizione supina e verrà completata la valutazione emodinamica post-evento. Ciò includerà l'acquisizione di loop PV RV a riposo dal catetere di conduttanza, seguita dal reinserimento del catetere di Swan-Ganz per la respirazione spontanea e controllata, nonché una manovra di Valsalva e la reattività vasomotoria. Il partecipante verrà quindi de-strumentato e la fase di test completata. Sulla base della nostra esperienza con l'esecuzione di valutazioni simili, insieme ai tempi di pedalata tipici per completare eventi ciclistici di 180 km, si prevede che il completamento di questo test richiederà circa 6 ore.
  • Risonanza magnetica cardiaca post-test: per valutare la struttura e la funzione cardiaca dopo il completamento del test.