Quando si seleziona un dispositivo di monitoraggio della gittata cardiaca per uso clinico, diversi fattori giocano un ruolo (Tabella 1): I fattori istituzionali possono limitare in gran parte la scelta dei dispositivi disponibili. D’altra parte importanti fattori legati al dispositivo, ad esempio l’invasività (Figura 1), possono limitare l’area di applicazione. Inoltre, le condizioni specifiche del paziente possono dettare l’uso di un dispositivo invasivo o di un particolare dispositivo minimamente o non invasivo.

Monitoraggio invasivo della gittata cardiaca

Il PAC è stato lo standard clinico per il monitoraggio della gittata cardiaca per oltre 20 anni e la tecnica è stata ampiamente studiata. Le sue complicanze sono ben note e nonostante gli sviluppi negli ultimi anni, il PAC ha un ruolo distinto nella cura del paziente. Una revisione approfondita va oltre lo scopo di questo articolo, ma è necessario notare alcuni aspetti tecnici e limitazioni: La misurazione della gittata cardiaca mediante termodiluizione dell’arteria polmonare intermittente, basata sul principio di Stewart-Hamilton, è considerata lo “standard di riferimento per il monitoraggio della gittata cardiaca” rispetto al quale vengono confrontati tutti i nuovi dispositivi di misurazione della gittata cardiaca. Tuttavia, la dipendenza dell’operatore, le varie condizioni del paziente (ad esempio, insufficienza della valvola mitrale o tricuspide, shunt) o lo smarrimento del PAC possono influenzare una valutazione affidabile della gittata cardiaca . Al contrario, la valutazione continua della gittata cardiaca può superare alcune di queste limitazioni

. Il riscaldamento intermittente del filamento termico induce cambiamenti di temperatura dell’arteria polmonare che vengono misurati tramite un termistore distale e abbinati al segnale di ingresso. Sulla base della correlazione incrociata dei segnali in entrata e in uscita, i valori della gittata cardiaca intermittente vengono prodotti da una curva di wash-out della termodiluizione. Questi valori vengono poi mediati per la visualizzazione delle letture continue della gittata cardiaca, che si traduce in un tempo di risposta ritardato di alcuni minuti dopo l’induzione delle variazioni della gittata cardiaca (ad esempio, per i cateteri Opti-Q™, Abbott, Abbott Park, IL e Vigilance™, Edwards LifeSiences, Irvine, CA) . Un cosiddetto catetere a gittata cardiaca continua a risposta rapida (truCCOMS™, Omega Critical Care, East Klibride, GB) consente un monitoraggio continuo della gittata cardiaca più sincronizzato . Le variabili emodinamiche aggiuntive che possono essere valutate tramite PAC e sono più spesso utilizzate sono le pressioni di riempimento convenzionali, le pressioni dell’arteria polmonare e la saturazione di ossigeno venoso misto (SvO2). Pertanto, il PAC è ancora indicato quando è auspicabile un ulteriore monitoraggio delle pressioni dell’arteria polmonare e dello SvO2. È anche indicato in situazioni in cui le tecniche meno invasive sono controindicate o non riescono a fornire valori di gittata cardiaca accurati.

Monitoraggio della gittata cardiaca minimamente invasiva

I dispositivi di monitoraggio della gittata cardiaca minimamente invasiva utilizzano uno dei quattro principi principali per misurare la gittata cardiaca: analisi del contorno di impulsi, tecnologia Doppler pulsata, principio Fick applicato e bioimpedanza / bio-reattanza. Inoltre, i dispositivi che utilizzano l’analisi del contorno a impulsi possono anche essere classificati in sistemi calibrati e non calibrati.

Pulse pressure analysis

Pulse pressure analysis si basa sul principio che SV può essere continuamente stimato analizzando la forma d’onda della pressione arteriosa ottenuta da una linea arteriosa. Le caratteristiche della forma d’onda della pressione arteriosa sono influenzate dall’interazione tra SV e compliance vascolare individuale, impedenza aortica e resistenza arteriosa periferica. Per la misura affidabile della gittata cardiaca facendo uso di tutti i dispositivi che impiegano la tecnologia di analisi di pressione di impulso, segnale arterioso ottimale di forma d’onda (cioè, eliminando smorzamento o risonanza di tubatura aumentata) è un prerequisito. Inoltre, non può essere sottovalutato che aritmie gravi possono ridurre l’accuratezza della misurazione della gittata cardiaca e che l’uso di una pompa a palloncino intra-aortica preclude prestazioni adeguate del dispositivo. Inoltre, l’analisi della pressione del polso può essere di precisione limitata durante i periodi di instabilità emodinamica, cioè rapidi cambiamenti nella resistenza vascolare. Questo può essere particolarmente un problema per l’analisi della pressione del polso non calibrata. Al contrario, l’analisi calibrata della pressione del polso può richiedere una ricalibrazione frequente per una stima accurata della gittata cardiaca in queste situazioni. Sono disponibili un numero crescente di dispositivi calibrati e non calibrati che misurano la gittata cardiaca in base al metodo di analisi della pressione del polso.

Sistema PiCCOplus™(Pulsion Medical Systems, Monaco di Baviera, Germania): Il sistema PiCCO™utilizza un catetere a punta termistore dedicato, che viene tipicamente posizionato nell’arteria femorale, al fine di valutare SV su base beat-to-beat. In alternativa può essere impiegato un catetere radiale o brachiale, ma questi cateteri devono essere più lunghi di quello femorale per l’adeguata valutazione del segnale d’onda della pressione arteriosa aortica. La calibrazione della gittata cardiaca tramite termodiluizione transpulmonare richiede l’inserimento di una linea venosa centrale. Il processo di calibrazione viene utilizzato anche per la regolazione dell’impedenza aortica individuale e deve essere ripetuto ogni otto ore in pazienti emodinamicamente stabili. Tuttavia, durante le situazioni di instabilità emodinamica, la calibrazione deve essere eseguita più frequentemente (eventualmente ogni ora) . Tuttavia, una serie di studi hanno validato con successo il sistema PiCCOplus™in diverse popolazioni di pazienti .

Il lancio di un dispositivo non calibrato da Pulsion Medical Systems, il sistema PulsioFlex™, è previsto per il 2011. Il sistema richiederà un sensore aggiuntivo specifico, che può essere collegato a un regolare set di monitoraggio invasivo della pressione arteriosa.

LiDCO™plus e LiDCO™rapid system: I sistemi LiDCO™plus e LiDCO™rapid (LiDCO Ltd, Londra, UK) utilizzano lo stesso algoritmo di pressione degli impulsi (PulseCO™) per monitorare i cambiamenti continui in SV. Questo algoritmo si basa sul presupposto che il cambiamento di potenza netta nel sistema in un battito cardiaco è la differenza tra la quantità di sangue che entra nel sistema (SV) e la quantità di sangue che scorre fuori perifericamente. Utilizza il principio di conservazione della massa (potenza) e presuppone che dopo la correzione per la conformità vi sia una relazione lineare tra netpower e netflow. Pertanto, i sistemi LiDCO dovrebbero essere considerati come tecniche di analisi della potenza degli impulsi. Il LiDCO™plus richiede la calibrazione utilizzando la tecnica di diluizione degli indicatori di litio transpulmonare, che può essere eseguita tramite una linea venosa periferica . Al contrario, LiDCO ™ rapid utilizza nomogrammi per la stima della gittata cardiaca. Gli studi clinici hanno dimostrato una stima affidabile della gittata cardiaca utilizzando PulseCO purché non si osservino alterazioni emodinamiche importanti . Per quanto riguarda il LiDCO™plus, l’affidabilità del sistema di calibrazione al litio può essere influenzata negativamente da alte dosi di picco di rilassanti muscolari, che reagiscono in modo incrociato con il sensore al litio. Questo può essere affrontato se la calibrazione del litio viene eseguita prima o 30 minuti dopo la somministrazione di un miorilassante. Il sistema LiDCO™plus, in combinazione con un protocollo di trattamento emodinamico (mirato a una consegna di ossigeno > 600 ml/min/m2, ha dimostrato di essere associato a complicanze ridotte e alla durata della degenza ospedaliera nei pazienti dopo un intervento di chirurgia generale maggiore . L’indicazione principale per il LiDCO™rapid non calibrato è il suo uso perioperatorio per l’ottimizzazione SV. Pertanto, l’analisi delle tendenze LiDCOrapid è più importante dei valori assoluti della gittata cardiaca (che possono differire rispetto alla gittata cardiaca valutata dal PAC).

Sistema FloTrac™/Vigileo™: Il sistema FloTrac™ / Vigileo™(Edwards LifeSciences, Irvine, USA) richiede un trasduttore proprietario, il FloTrac™, che è collegato a un catetere arterioso radiale o femorale standard non proprietario ed è collegato al monitor Vigileo™. Il sistema FloTrac™ / Vigileo™non richiede calibrazione. Per stimare la gittata cardiaca, la deviazione standard della pressione del polso campionata durante una finestra temporale di 20 secondi è correlata con SV “normale” in base ai dati demografici del paziente (età, sesso, altezza e peso) e un database integrato contenente informazioni sulla gittata cardiaca valutata dal PAC in una varietà di scenari clinici. L’impedenza è anche derivata da questi dati, mentre la conformità vascolare e la resistenza sono determinate utilizzando l’analisi della forma d’onda arteriosa. Dopo risultati contrastanti di studi di validazione precoce, l’algoritmo della gittata cardiaca è stato ripetutamente modificato negli ultimi 5 anni. Ciò ha comportato un miglioramento delle prestazioni principalmente in ambito perioperatorio . Ulteriori modifiche al software hanno affrontato il problema della precisione limitata durante le situazioni iperdinamiche e i dati preliminari hanno mostrato misurazioni della gittata cardiaca migliorate in queste condizioni specifiche. Tuttavia, la precisione del dispositivo durante i rapidi cambiamenti emodinamici rimane una delle principali preoccupazioni . Tuttavia, uno studio che utilizza il sistema Flotrac™/Vigileo™per l’ottimizzazione emodinamica intra-operatoria ha recentemente dimostrato una diminuzione del tasso di complicanze e una riduzione della durata della degenza ospedaliera .

Un nuovo dispositivo di monitoraggio della gittata cardiaca basato sull’analisi della pressione del polso, calibrato mediante termodiluizione transpulmonare – il sistema EV 1000™/VolumeView™di Edwards Lifesciences – è attualmente in fase di test e sarà presto rilasciato per il suo utilizzo nella pratica quotidiana.

Metodo analitico di registrazione della pressione (CARROZZINA): Un altro metodo per stimare SV continuamente senza calibrazione è il PRAM-MostCare® (Vytech, Padova, Italia), che si basa sulla valutazione matematica del segnale di pressione ottenuto da una linea arteriosa senza calibrazione. La CARROZZINA è stata convalidata finora in un modello suino sotto vari stati emodinamici e negli esseri umani sottoposti a chirurgia cardiaca . Simile ad altri dispositivi che utilizzano l’analisi del contorno degli impulsi, l’accuratezza della gittata cardiaca derivata dalla CARROZZINA è influenzata dalla qualità del segnale di pressione e da fattori che interferiscono con la capacità di rilevare un segnale di pressione.

Nexfin™: Nexfin™HD (BMEYE B. V, Amsterdam, Paesi Bassi) è un dispositivo di analisi della pressione del polso completamente non invasivo che valuta la pressione del polso utilizzando la pletismografia fotoelettrica in combinazione con una tecnica a morsetto del volume (polsino gonfiabile del dito). La gittata cardiaca viene derivata utilizzando il cosiddetto metodo Model-flow (simulazione di un modello Windkessel a tre elementi). Per quanto riguarda la convalida del dispositivo, sono disponibili solo dati pubblicati limitati .

Dispositivi di monitoraggio della gittata cardiaca Doppler

La gittata cardiaca può essere stimata in modo non invasivo utilizzando sonde Doppler esofagee o transtoraciche. I dispositivi Doppler esofagei misurano il flusso sanguigno nell’aorta discendente e stimano la gittata cardiaca moltiplicando l’area della sezione trasversale dell’aorta per la velocità del flusso sanguigno. Il diametro aortico è ottenuto da un nomogramma incorporato o mediante misurazione diretta utilizzando l’ecocardiografia M-mode. Diverse sonde Doppler esofagee sono disponibili in commercio: ODM II™(Abbott, Maidenhead, UK), CardioQ™(Deltex Medical Ltd, Chichester, Sussex, UK) e HemoSonic100™(Arrow, Reading, PA, USA). Quest’ultimo dispositivo è una combinazione di un Doppler e una sonda M-mode, la cui produzione è stata interrotta di recente. Esistono diverse limitazioni per l’uso di dispositivi Doppler esofagei. In primo luogo, il dispositivo misura il flusso sanguigno nell’aorta discendente e fa un’assunzione di una partizione fissa tra il flusso ai vasi cefalici e all’aorta discendente. Sebbene ciò possa essere valido nei volontari sani, questa relazione può cambiare nei pazienti con comorbidità e in condizioni di instabilità emodinamica. In secondo luogo, le sonde Doppler sono più piccole delle sonde ecocardiografiche transesofagee convenzionali e la posizione può cambiare involontariamente, limitando così la valutazione continua della gittata cardiaca. Poiché la posizione della sonda è cruciale per ottenere una misurazione accurata del flusso sanguigno aortico, questo dispositivo è dipendente dall’operatore e gli studi hanno dimostrato che sono necessarie 10-12 inserzioni per ottenere misurazioni accurate con una variabilità intra-e inter – osservatore dell ‘ 8-12% . Inoltre, l’area della sezione trasversale aortica non è costante ma piuttosto dinamica in ogni singolo paziente. Pertanto, l’uso di un nomogramma può comportare una stima della gittata cardiaca meno accurata. Nonostante alcune limitazioni dei dispositivi Doppler esofagei, la loro utilità sembra essere confermata da diversi studi di ottimizzazione emodinamica perioperatoria che hanno costantemente dimostrato una riduzione dei tassi di complicanze e della durata della degenza ospedaliera .

In alternativa alla via esofagea, l’approccio transtoracico può essere utilizzato per valutare la gittata cardiaca, anche se in modo intermittente. Il dispositivo USCOM™(USCOM, Sidney, Australia) si rivolge alle valvole polmonari e aortiche accessibili tramite le finestre parasternali e sovrasternali al fine di valutare la gittata cardiaca in modo completamente non invasivo. Gli studi di validazione hanno rivelato risultati contrastanti, che potrebbero essere spiegati principalmente dal problema intrinseco del rilevamento del segnale variabile .

Principio Fick applicato

Rebreathing parziale di CO2: Il sistema NICO™(Nova-metrix Medical Systems, Wallingford, USA) applica il principio Fick all’anidride carbonica (CO2) per ottenere la misurazione della gittata cardiaca in pazienti intubati, sedati e ventilati meccanicamente utilizzando un circuito di ri-respirazione monouso proprietario collegato al circuito del ventilatore. Il sistema NICO™è costituito da un sensore a infrarossi a flusso principale per misurare la CO2, un sensore di flusso d’aria monouso e un pulsossimetro. La produzione di CO2 è calcolata come il prodotto della concentrazione di CO2 e del flusso d’aria durante un ciclo respiratorio, mentre il contenuto di CO2 arterioso deriva dalla CO 2 di fine marea e dalla sua corrispondente curva di dissociazione. Ogni tre minuti, viene generato uno stato di ri-respirazione parziale utilizzando il ciclo di ri-respirazione collegato, che si traduce in un aumento della CO2 di fine marea e una riduzione dell’eliminazione di CO2. Supponendo che la gittata cardiaca non cambia in modo significativo tra gli stati normali e ri-respirazione, la differenza tra i rapporti normali e ri-respirazione vengono utilizzati per calcolare la gittata cardiaca. Esistono diverse limitazioni a questo dispositivo, tra cui la necessità di intubazione e ventilazione meccanica con impostazioni fisse del ventilatore e anomalie minime dello scambio di gas . Variazioni nelle impostazioni del ventilatore, respirazione spontanea assistita meccanicamente, presenza di una maggiore frazione di shunt polmonare e instabilità emodinamica sono state associate a una ridotta precisione . Pertanto, questa tecnica può essere applicata in un ambiente clinico definito con precisione solo ai pazienti ventilati meccanicamente.

Densitometria del colorante pulsato: L’analizzatore DDG-330® (Nihon Kohden, Tokyo, Giappone) consente la misurazione della gittata cardiaca intermittente basata sulla diluizione del colorante transpulmonare con rilevamento del segnale transcutaneo adattato dalla pulsossimetria (densitometria del colorante pulsato): La concentrazione di indocianina verde (ICG) è stimata nel flusso sanguigno arterioso mediante misure di assorbanza ottica dopo la sua iniezione venosa. La gittata cardiaca viene calcolata dalla curva di diluizione del colorante secondo il principio di Stewart-Hamilton. Sfortunatamente una varietà di fattori, ad esempio vasocostrizione, edema interstiziale, movimento o artefatti di luce ambientale, possono limitare una valutazione affidabile della gittata cardiaca intermittente .

Bioimpedenza e bioreattanza

La bioimpedenza elettrica utilizza la stimolazione della corrente elettrica per identificare le variazioni di impedenza toracica o corporea indotte da cambiamenti ciclici nel flusso sanguigno causati dal battito cardiaco. La gittata cardiaca viene continuamente stimata utilizzando elettrodi cutanei (BioZ®, CardioDynamics, San Diego, USA) o elettrodi montati su un tubo endotracheale (ECOM™, Conmed Corp, Utica, USA) analizzando la variazione del segnale che si verifica con diversi modelli matematici. Nonostante molti aggiustamenti degli algoritmi matematici, gli studi di validazione clinica continuano a mostrare risultati contrastanti .

Recentemente, tuttavia, Bioreactance® (NICOM®, Cheetah Medical Ltd, Maidenhead, Berkshire, UK) è stata introdotta una modifica della bioimpedenza toracica . In contrasto con la bioimpedenza, che si basa sull’analisi delle variazioni di ampiezza della tensione transtoracica in risposta alla corrente ad alta frequenza, la tecnica Bioreactance® analizza le variazioni degli spettri di frequenza della corrente oscillante erogata. Questo approccio dovrebbe tradursi in un rapporto segnale-rumore più elevato e quindi in un miglioramento delle prestazioni del dispositivo. In effetti, gli studi di validazione iniziali rivelano risultati promettenti .