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Dr. Vittorio Dall'Aglio - Medico Chirurgo specialista in Cardiologia - Pordenone
 

L’influenza del pre-cardio sugli indici di contrattilità miocardica - ricerca sperimentale


S. BONGRANI V. DALL’AGLIO B. COLLA O. VISIOLI

Estratto da:
GIORNALE ITALIANO DI CARDIOLOGIA Vol. V, n. 6, novembre-dicembre 1975

EDIZIONI LUIGI POZZI S.p.A. — ROMA


The influence of pre-load on myocardial contractility indices. Experimental research. — The behaviour by increasing the ventricular volume of several parameters and indices proposed for measuring the cardiac contractility has been determined in isolated guinea pig hearts beating under isometric conditions.
Particularly, Vmax calculated on the total pressure has been compared with the Vmax calculated on the developed pressure.
Whilst the later showed to be independent of preload changes, Vmax was calculated on the total pressure, decreased by changing the ventricular volume. Moreover, it showed itself to be independent of pre-load changes. An index proposed recently obtained from the plot (P, P’), as ratio between the positive portion of the area and the developed sistolic pressure wals also demonstrated.


(*) Con la collaborazione tecnica di G. Laucci. Università degli Studi - Parma - Istituto di Malattie dell’Apparato Cardiovascolare.
Lavoro pervenuto in Redazione l’1-2-1975. Accettato per la pubblicazione il 4-7-1975.

E’ problema tuttora fondamentale nello studio della contrattilità cardiaca la ricerca di un indice che valutandola quantitativamente, sia indipendente dalle variazioni di carico. L’indice che fino ad oggi ha maggiormente soddisfatto queste condizioni è quello indicato come « Vmax », indice teorico valutabile per extrapolazione, e che rappresenta la massima velocità di contrazione dell’elemento contrattile della miocellula ad un carico supporto zero. In campo clinico ha avuto larga fortuna il calcolo di Vmax dalla porzione isometrica della pressione ventricolare, vale a dire durante quel tempo della sistole in cui il volume endoventricolare si suppone immodificato e di conseguenza i cambiamenti di pressione si suppongono identificabili ai cambiamenti di tensione. Sono stati anche elaborati numerosi altri indici che, sempre sfruttando la prima porzione della pressione ventricolare e la sua derivata, tendono a standardizzare la misura della contrattilità in rapporto al diverso grado di precarico.

Tuttavia ancor oggi rimane controverso il problema dell’effettiva indipendenza dal preload degli indici calcolati dalla pressione ventricolare totale. Infatti, mentre alcuni autori [1-5] sulla base di dati sperimentali hanno evidenziato solo trascurabili cambiamenti del Vmax calcolato sulla pressione totale nei confronti di variazioni di preload, altri [6-10], viceversa, hanno riscontrato una notevole sensibilità dello stesso indice a cambiamenti di carico iniziale, suggerendo a tal scopo l’uso della pressione sviluppata (ottenuta cioè sottraendo la pressione telediastolica alla pressione totale). Anche per quanto riguarda il picco di Vce (Vpm) riferito sempre alla pressione totale, esistono nella letteratura pareri contrastanti: secondo Nejad i suoi valori rimangono relativamente costanti per aumenti di precarico [11], mentre secondo Mehmel diminuiscono [12].

Il diverso calcolo degli indici contrattili dalla pressione isometrica rispettivamente totale e sviluppata è giustificato dal diverso comportamento previsto dai vari modelli funzionali meccanici della contrazione [13-18]. Il modello più semplice a due componenti di Hill, costituito da un elemento contrattile liberamente estensibile (CE) e da un elemento elastico in serie (SE), allungandosi senza opporre resistenza rappresenterebbe in modo soddisfacente solo il comportamento del muscolo scheletrico.

Il muscolo cardiaco, invece, si oppone all’allungamento per cui è necessario ipotizzare almeno l’esistenza di un terzo elemento elastico in parallelo (PE) che sopporti la tensione del muscolo a riposo [17,19]. Tuttavia, anche considerando un modello a tre componenti, il calcolo di Vce in fase isometrica varia a seconda che si adotti il modello di Maxwell o quello di Voigt. Nel modello di Maxwell in cui il PE è in parallelo sia con GÈ che con SE, la tensione a riposo è sopportata interamente da PE e poichè essa non cambia in fase isometrica non essendovi accorciamento da parte dell’elemento elastico in parallelo, l’uso della pressione sviluppata è più appropriato per il calcolo del Vce.

Nel modello di Voigt PE è in parallelo con CE, e SE è in serie con entrambi; questo comporta un accorciamento in fase isometrica del PE durante il quale esso trasmette la propria tensione sull’asse CE-SE. Quando l’elemento contrattile raggiunge la sua massima velocità (Vpm) si può ipotizzare che la tensione sia stata trasmessa totalmente e a questo punto la fibra si comporterebbe come un’modello a due elementi; aderendo al modello di Voigt, si dovrebbe perciò usare la pressione totale [15,16].

Lo scopo della ricerca qui presentata è stato quello di valutare su un preparato di cuore isolato di cavia funzionante in condizioni isometriche, il comportamento al variare del volume ventricolare di numerosi parametri ed indici proposti per la misura dell’inotropismo cardiaco ed in particolare del Vmax calcolato nei due modi suddetti.

Il volume cavitario è stato volutamente dilatato fino a valori abnormi avendo ritenuto utile verificare questa condizione in base al suo interesse teorico ed alla carenza in questo senso di dati bibliografici.

Metodica

Le esperienze sono state eseguite su 6 cuori isolati di cavia [20], alimentati da una soluzione Ringer-Locke ossigenata ad una temperatura costante di 37°.

All’interno del ventricolo sinistro era stato introdotto un palloncino di gomma sottilissima che veniva gonfiato con acqua distillata in modo che il cuore si contraesse soltanto in condizioni isometriche.

Le curve di pressione ottenute con un trasduttore HP 268 B collegato al palloncino, sono state analizzate mediante l’impiego di un calcolatore di processo, secondo un programma da noi già descritto [21]. Questo programma fornisce i parametri e gli indici elencati nella tab. I. Il programma è stato aggiornato così da fornire graficamente su plotter (HP 7210 A) alcuni dei parametri valu tati (fig. 1).

Le esperienze sono state condotte partendo da un volume iniziale di 230 mm3 e raggiungendo, attraverso progressivi incrementi di 15 mm3, un volume finale di 395 mm3. Le curve pressorie sono state registrate 30" dopo ogni variazione di volume del palloncino per mezzo di un registratore a nastro analogico (HP 3960). La frequenza cardiaca veniva mantenuta mediante stimolazione su valori costanti, superiori ai 10 battiti al minuto alla frequenza di base. Nell’equazione Vce = (dp/dt) / (K • P + C), poiché nel cuore « in toto » il valore della costante K è controverso, durante le nostre prove lo si è volutamente trascurato (cioè è stato arbitrariamente considerato uguale all’unità) e in tal modo il Vmax è stato espresso in sec-1 piuttosto che in lunghezze muscolari al secondo. Inoltre, in accordo con altri autori, il valore di C non e stato considerato essendo di entità trascurabile.

FIG. 1. — Comportamento della pressione e degli indici contrattili in un caso esemplificativo. Si vede come, al crescere del raggio endoventricolare (———— base; ——— dopo aumento indotto della telediastolica), Vmax sulla pressione totale subisca una netta diminuzione, mentre Vmax sulla pressione sviluppata rimane pressocchè costante. Le aree (P, P’) e (P’, P") subiscono variazioni; nello stesso caso tuttavia l’indice « APD » è rimasto invariato.

I parametri pressori e gli indici contrattili forniti dal programma sono stati posti in correlazione con il raggio endoventricolare (ricavato dal volume del palloncino considerato di forma sferica) e con la pressione telediastolica.

Risultati (tab. II)

Con l’aumento del volume ventricolare si ha un progressivo aumento della pressione telediastolica, secondo un comportamento espresso dal grafico a della fig. 2, fino a raggiungere valori intorno ai 30 mmHg.

Anche la pressione totale sistolica cresce in modo progressivo, mentre la pressione sviluppata e la massima derivata positiva crescono inizialmente, per poi tendere a stabilizzarsi per valori di telediastolica tra 10-15 mmHg (fig. 2 b, e, d).
Sia gli indici calcolati sulla derivata sia gli indici calcolati sulla pressione totale diminuiscono sempre significativamente anche per gli incrementi iniziali di volume. Da evidenziare l’andamento del Vmaxt (fig. 3 f) i cui valori tendono a diminuire fino a diventare, per alcune prove, addirittura artificiosamente negativi in conseguenza del progressivo abbassamento della curva del Vce, di cui si modifica sempre più la porzione iperbolica rendendone non corretta l’extra-polazione. Adottando la pressione sviluppata invece, le curve forza-velocità tendono asintomaticamente verso l’infinito per cui l’extra-polazione per il calcolo del Vmax viene eseguita a partire da un valore pressorio convenzionalmente fissato a 5 mmHg; il Vmax (fig. 3 g) così calcolato ed il Vce der max (velocità dell’elemento contrattile corrispondente al picco della derivata positiva) non risultano essere correlati con gli aumenti del volume ventricolare.

Fig. 2. — Correlazioni e rispettive regressioni fra il raggio endoventricolare ed alcuni parametri emodinamici e cardiodinamici.

Questo comportamento si verifica anche per l’indice « APD » definito come « densità di potenza » (fig. 3 h).

Data l’alta correlazione (r = 0,909) esistente tra il raggio endocavitario e la pressione telediastolica, i coefficienti di correlazione ottenuti considerando quest’ultima sono dello stesso ordine dei valori riscontrati riferendosi al raggio, mentre l’andamento delle regressioni tende a rispecchiare lo sviluppo iperbolico della pressione telediastolica (fig. 4).

FIG. 4. — Come le due precedenti. In ascissa al posto del raggio endoventricolare, figura la pressione telediastolica.

Commento e conclusioni

II dato principale che emerge dai risultati riferiti, riguarda l’alta correlazione esistente tra gli indici calcolati sulla pressione totale e gli aumenti di pre-carico. I suddetti indici risulterebbero perciò inadatti ad una corretta valutazione dell’inotropismo cardiaco, confermandosi così le conclusioni di alcuni autori [8,7,9].
Dobbiamo sottolineare che con l’uso della pressione sviluppata (giustificata teoricamente dal modello di Maxwell, come è stato discusso nelle premesse di questo lavoro) si è invece ottenuta una correzione in grado di annullare le influenze del pre-carico sulla massima velocità teorica dell’elemento contrattile.
Gli indici Vmax e Vce der max, così calcolati, si sono quindi dimostrati in grado di soddisfare uno dei requisiti fondamentali per essere considerati idonei alla valutazione della contrattilità cardiaca.
Il calcolo del Vmax dal grafico forza-velocità, adottando la pressione sviluppata, trova una difficoltà nell’andamento asinto-tico della curva; tuttavia, il tratto extrapo-lato, convenzionalmente fissato nel nostro preparato a partire da 5 mmHg, risulta essere sempre breve anche per altri precarichi.
Il Vce calcolato nel punto di derivata massima (Vce der max), pure indipendente dalle variazioni di pre-carico, si dimostra di particolare interesse per la sua maggiore semplicità di calcolo, non essendo necessaria una extrapolazione come per il Vmax, ed anche per la possibilità di un calcolo con metodi manuali.
Da sottolineare inoltre il comportamento della « densità di potenza » (APD) anch’essa riferita alla pressione sviluppata, la quale risulta indipendente dalle variazioni di volume ventricolare anche per incrementi oltre i limiti fisiologici.
Questo indice proposto da Bloomfield e coli. per la valutazione quantitativa della contrattilità, è stato ottenuto partendo da considerazioni termodinamiche, ed assumendo come schematizzazione per il ventricolo particolari modelli meccanico-chimici [22]. Esso è interpretato dagli AA. come l’energia potenziale sviluppata dal ventricolo durante una contrazione isovolumetrica e, in termini matematici, rappresenta la derivata prima media pesata sulla pressione sviluppata nel tratto ascendente fino alla pressione massima.
La validità delle indicazioni fornite da un preparato particolare come quello da noi utilizzato, è confermata da ricerche precedenti di Wolk e coll.[5]. Questi AA hanno dimostrato che esiste un’alta correlazione tra gli indici calcolati in una contrazione puramente isovolumetrica e gli stessi indici calcolati nella fase isovolumetrica di una completa contrazione auxotonica.
Perciò, pur con gli ovvi limiti connessi alle particolari condizioni sperimentali, i risultati ci inducono a sottolineare la maggior correttezza dell’uso della pressione sviluppata nel calcolo degli indici di contrattilità e quindi, indirettamente, dell’assunzione del modello di Maxwell per la rappresentazione della miocellula. Resta ancora impregiudicato, dati i pareri controversi in letteratura, [9,23,24] il problema se gli indici così calcolati siano sufficientemente sensibili alle variazioni inotrope per essere di utilità clinica discriminante.
In particolare Krayenbuhl e coll. solo in base alla pressione totale e non a quella sviluppata sono riusciti a discriminare un gruppo di pazienti con indiscutibili disfunzioni ventricolari sinistre, da un gruppo di soggetti normali.

Riassunto

E’ stato valutato su un preparato di cuore isolato di cavia funzionante in condizioni isometriche il comportamento al variare del volume ventricolare di numerosi parametri ed indici proposti per la misura dell’inotropismo cardiaco. In particolare si sono confrontati il Vmax calcolato sulla pressione totale ed il Vmax calcolato sulla pressione sviluppata. Mentre quest’ultimo si è dimostrato indipendente dalle variazioni di pre-carico, il Vmax calcolato sulla pressione totale diminuiva al variare del volume ventricolare.
Indipendente dalle variazioni di precarico si e pure dimostrato un indice di recente proposto « APD », ricavato dal rapporto della parte positiva dell’area (P, P’) con la pressione sistolica sviluppata.


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PAROLE CHIAVE: Contrazione isometrica, pre-carico.
KEY WORDS: Isometric contraction, pre-load.
 

 

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