Superare la tempesta: riabilitazione vascolare polmonare, cardiaca e cerebrale per COVID-19

Obiettivo 1 - La riabilitazione cardiaca individualizzata migliora il recupero cardiorespiratorio e cerebrovascolare? È ampiamente riconosciuto che "l'esercizio è medicina"; una polipillola e una pietra miliare nella prevenzione e nel recupero dalle malattie, comprese quelle con patogenicità simile a COVID19 (ad esempio, sindrome respiratoria acuta grave, sindrome respiratoria mediorientale e sindrome da distress respiratorio acuto). Più in particolare, l'esercizio fisico è considerato medicina vascolare, in grado di migliorare la vitalità delle arterie curando l'endotelio. Aumenti mirati, ripetuti ed episodici del flusso sanguigno e dello stress da taglio arterioso durante periodi individualizzati di esercizio stimolano meccanicamente l'endotelio, innescando la produzione di ossido nitrico e altre molecole vasoattive e antinfiammatorie necessarie per la vasculogenesi e l'angiogenesi. Pertanto, esercitare la guarigione della struttura vascolare primaria che il virus SARS-CoV2 danneggia, fornisce un significativo beneficio vascolare rigenerativo agli organi terminali come i polmoni, il cuore e il cervello. Ad esempio, sono elencati diversi benefici cardiorespiratori fondamentali derivati ​​dalla terapia fisica per il trattamento di varie malattie cardiorespiratorie per evidenziare la fattibilità di migliorare il recupero da COVID19 utilizzando interventi di esercizio individualizzati: 1) l'idoneità aerobica è collegata a una disfunzione endoteliale attenuata nelle arterie periferiche a seguito di infezione acuta da H1N1; 2) il ripristino dell'elasticità e della forza polmonare, nonché l'aumento degli antiossidanti che riducono l'infiammazione dopo l'allenamento fisico contribuiscono a migliorare la capacità cardiorespiratoria; e 3) una migliore modulazione autonomica del sistema cardiorespiratorio migliora la capacità di esercizio e la salute generale.

Sebbene ci siano prove minime che dimostrino specificamente che la funzione cerebrovascolare è alterata a seguito dell'infezione da COVID19, l'evidenza epidemiologica indica che le persone che si stanno riprendendo da COVID19 hanno un rischio più elevato di ictus. La prima riabilitazione basata sull'esercizio basato sul movimento viene introdotta per il trattamento dell'ictus, maggiore è il miglioramento della capacità di esercizio, della funzione vascolare periferica e cerebrovascolare, in gran parte a causa dell'attenuazione dell'infiammazione vascolare e dell'aumento dei modulatori neurotrofici. L'inattività fisica in individui che hanno subito un ictus o sono ad alto rischio di ictus aggrava ulteriormente la disfunzione vascolare infiammatoria. L'esercizio stimola direttamente l'endotelio cerebrovascolare, aumentando il flusso sanguigno e lo shear stress intra-arterioso nelle arterie cerebrali. La funzione cerebrovascolare è regolata da uno squisito insieme sinergico e ridondante di controllori fisiologici (cioè pressione arteriosa parziale di anidride carbonica e ossigeno, pressione arteriosa, modulazione autonomica neurogena e gittata cardiaca). Oltre ai benefici cerebrovascolari diretti della terapia fisica, i miglioramenti cardiorespiratori sistemici che migliorano lo scambio di gas, la pressione sanguigna, i riflessi autonomici e la funzione cardiaca avranno importanti benefici vascolari nel cervello. Pertanto, la ricerca proposta offre un vantaggio significativo per migliorare la capacità di esercizio, nonché la funzione cardiorespiratoria e cerebrovascolare durante il recupero dall'infezione da COVID19.

La funzione cardiorespiratoria viene quantificata utilizzando una batteria standardizzata di test clinici per valutare la funzione cardiovascolare e polmonare a riposo e durante i fattori di stress submassimale e massimale. Ad esempio, la funzione cardiovascolare a riposo è determinata misurando la frequenza cardiaca, la funzione cardiaca ventricolare sinistra e destra, il flusso sanguigno vascolare periferico e le velocità dell'onda del polso. Queste metriche forniscono informazioni quantificabili relative alla rigidità arteriosa, alla funzione vascolare autonomica e periferica, che sono determinanti primari nella regolazione dell'emodinamica centrale (cioè gittata cardiaca, pressione arteriosa e flusso sanguigno) e della salute cardiovascolare. Non è noto se l'infezione da COVID19 abbia un impatto sull'emodinamica centrale a riposo. Tuttavia, il nostro gruppo di ricerca ha precedentemente osservato disfunzione emodinamica centrale a seguito di risposte infiammatorie acute a diverse infezioni virali. Le misure fisiologiche submassimali (dilatazione mediata dal flusso) e massimali (test da sforzo cardiopolmonare) consentono ai ricercatori di quantificare la capacità dei sistemi cardiorespiratori di rispondere ai fattori di stress osservati nell'attività quotidiana. A seguito di interventi riabilitativi, i test cardiopolmonari submassimali e massimali forniscono la necessaria quantificazione dell'efficacia degli interventi di esercizio.

Ecocardiografia cardiaca: la meccanica ventricolare sinistra e destra (volumi telediastolici e telesistolici, riempimento mitralico), nonché l'emodinamica centrale nell'aorta e nella cavità venosa (diametro aortico, gittata cardiaca, volume sistolico, frequenza cardiaca), saranno valutati a riposare utilizzando l'ecocardiografia bidimensionale tramite un sistema Hitachi Aloka Alpha 7 (Tokyo, Giappone). Con i soggetti in posizione laterale sinistra, le misurazioni saranno ottenute utilizzando la vista a due e quattro camere. L'interno del ventricolo sinistro verrà tracciato manualmente sia durante la fine sistole che durante la fine diastole. I volumi saranno misurati utilizzando la regola di Simpson. La gittata sistolica sarà calcolata sottraendo il volume telediastolico dal volume telesistolico. La gittata cardiaca sarà calcolata come HR moltiplicato per il volume sistolico. Verranno misurati tre battiti e la media verrà utilizzata nelle analisi. La frazione di eiezione sarà calcolata dai volumi ventricolari ed espressa come percentuale del volume telesistolico a telediastolico. Le velocità della valvola mitrale saranno ottenute dalla vista apicale delle 4 camere, per cui saranno misurate E, A e E/A. Verrà determinata anche la pendenza dell'afflusso. Verrà eseguito anche il Tissue Doppler per ottenere E' con E/E' calcolato. Infine, il tracciamento delle macchioline verrà eseguito utilizzando il software di tracciamento dei tessuti TOMTEC.

La funzione cerebrovascolare viene tradizionalmente valutata utilizzando un approccio unidimensionale, quantificando le risposte del flusso sanguigno cerebrale (CBF) a una singola perturbazione che sottolinea uno dei meccanismi primari coinvolti nella regolazione del CBF. I principali meccanismi coinvolti nella regolazione del CBF a riposo e durante l'esercizio sono i gas del sangue arterioso, la pressione arteriosa, i sistemi autonomici neurogeni e il metabolismo. Pertanto gli stimoli clinici vengono utilizzati per provocare una risposta cerebrovascolare alterando le condizioni ambientali, farmacologiche o fisiologiche, che perturbano specificamente uno di questi meccanismi primari. Nuovi approcci, sviluppati dal nostro team di ricerca, fanno avanzare le tradizionali valutazioni CBF unidimensionali, testando la vascolarizzazione cerebrale utilizzando una batteria di valutazioni cliniche o attraverso valutazioni che evocano perturbazioni fisiologiche specifiche e sistemiche che influenzano il CBF. Le due strategie di valutazione cerebrovascolare utilizzate in questo protocollo valutano specificamente la risposta cerebrovascolare ai cambiamenti di anidride carbonica, pressione sanguigna e attività neurogena a riposo, nonché durante l'intero corpo incrementale e l'affaticante esercizio di presa della mano. Questi test forniranno la tradizionale quantificazione unidimensionale della funzione cerebrovascolare, oltre a fornire una quantificazione sfumata della funzione cerebrovascolare integrativa. Inoltre, utilizzando strategie di valutazione che si rivolgono in modo simile agli stessi sistemi che gli interventi di formazione mirano a migliorare (ad esempio, sistemi respiratorio, cardiovascolare e muscolare scheletrico), i test cerebrovascolari pre e post intervento forniranno un indice della proporzione che ciascun sistema contribuisce a ripresa fisiologica a seguito della nostra infezione da COVID19.

Obiettivo 2 - La combinazione della riabilitazione del muscolo inspiratorio e dell'esercizio cardiaco fornisce benefici aggiuntivi per il recupero cardiorespiratorio e cerebrovascolare da COVID19? La disfunzione polmonare e la polmonite sono le preoccupazioni predominanti dell'infezione da COVID19. Mentre febbre, tosse, affaticamento, mialgia e dispnea sono i sintomi più comuni nelle persone infettate dal virus COVID19. Per molte persone infette da COVID19, sopravvivere al virus è solo una parte del problema. Un recente rapporto ha identificato che i pazienti COVID19 ritenuti guariti e quindi dimessi dall'ospedale hanno una diffusione polmonare anormale persistente; un'indagine retrospettiva ha rivelato che la diffusione polmonare dopo l'infezione da COVID19 può rimanere anormale per 30 giorni dopo la dimissione. La compromissione polmonare prolungata è principalmente attribuita all'atrofia dei muscoli respiratori e alla disfunzione del diaframma indotta dal ventilatore nell'infezione grave da COVID19. Tuttavia, un attacco prolungato di tosse, affaticamento e dispnea associati a una lieve infezione da COVID19 può anche innescare disfunzioni polmonari e compromettere la forza dei muscoli respiratori. La disfunzione polmonare causata da una scarsa forza dei muscoli inspiratori aumenta il lavoro respiratorio, l'attività del nervo simpatico muscolare e l'affaticamento associato all'attività fisica. Il lavoro faticoso dei muscoli inspiratori riduce l'esercizio e la capacità fisica, mentre l'aumento dell'attività del nervo simpatico muscolare riduce il flusso sanguigno agli arti attivi e aumenta l'affaticamento. Di conseguenza, le persistenti menomazioni della funzione polmonare dopo l'infezione da COVID19, indipendentemente dalla gravità, riducono la capacità di esercizio, le capacità fisiche, la qualità della vita e la probabile funzione cardiovascolare e cerebrovascolare.

L'allenamento dei muscoli inspiratori, che coinvolge effettivamente routine di respirazione standardizzate organizzate in modo simile ai programmi di allenamento fisico, si è dimostrato efficace nel ridurre l'affaticamento, la mialgia e la dispnea in altre malattie respiratorie croniche. Il miglioramento della funzione cardiorespiratoria dopo l'IMT è principalmente il risultato del rafforzamento dei muscoli inspiratori. L'aumento della forza dei muscoli inspiratori riduce il lavoro respiratorio durante l'attività fisica e il costo metabolico associato alla respirazione sia a riposo che durante l'attività fisica. I muscoli scheletrici spesso competono per l'afflusso di sangue durante l'esercizio, specialmente quando il lavoro respiratorio è intensificato, quindi una migliore funzione dei muscoli inspiratori con IMT in combinazione con l'esercizio fisico fornisce probabilmente uno stimolo del flusso sanguigno iperadditivo in tutto il sistema vascolare rispetto al solo esercizio fisico. Considerando le proprietà vasogeniche e angiogeniche derivate dall'aumento del flusso sanguigno cardiovascolare, l'allenamento IMT in combinazione con l'allenamento fisico fornisce una strategia innovativa per facilitare un migliore recupero da COVID19. Nessuno studio fino ad oggi ha indagato l'impatto dell'allenamento e dell'esercizio IMT sulla funzione cerebrovascolare. Tuttavia, i miglioramenti della funzione cardiorespiratoria associati a una migliore funzione dei muscoli respiratori dovrebbero anche migliorare sinergicamente la regolazione cerebrovascolare.

Per riassumere, l'IPL è specializzato nell'utilizzo dell'esercizio per migliorare la funzione dei sistemi cardiorespiratorio e cerebrovascolare nei modelli clinici di malattia cronica. Ad esempio, i membri dell'IPL hanno precedentemente dimostrato che la risposta cerebrovascolare all'esercizio dipende dall'anidride carbonica, dalla pressione sanguigna arteriosa e dallo shear stress arterioso in condizioni di salute e malattia. Inoltre, la riabilitazione con esercizio cardiaco individualizzato aumenta il CBF (~ 10%), ristabilendo il normale CBF, nelle popolazioni con insufficienza cardiaca. Allo stesso modo, l'IPL ha raccolto dati relativi alla ricerca proposta, in quanto l'esercizio fisico migliora l'emodinamica vascolare e la modulazione autonomica nelle popolazioni che vivono con malattie infiammatorie (diabete); così come migliora la pressione sanguigna. Gli specialisti della ricerca cardiorespiratoria dell'IPL hanno anche dimostrato che l'allenamento muscolare migliora la tolleranza all'esercizio e la dispnea nei pazienti obesi che sono a maggior rischio di complicanze da infezione da COVID. Collettivamente, i ricercatori dell'IPL mirano a utilizzare queste tecniche e approcci per determinare strategie ottimali per migliorare il recupero da COVID19 nel cuore, nel cervello e nei polmoni.