Method Article

Valutazione dello stato di idratazione mediante analisi del vettore di impedenza bioelettrica in pazienti con cardiopatia ischemica sottoposti a test da sforzo

DOI:

10.3791/64683

September 22nd, 2023

In This Article

Summary

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Gli squilibri dello stato di idratazione possono avere un effetto a breve termine sui determinanti diretti e indiretti dell'assorbimento di ossigeno e del polso e sui fattori prognostici di morbilità e mortalità nella cardiopatia ischemica. Questo protocollo descrive la tecnica per la valutazione dello stato di idratazione attraverso l'analisi del vettore di impedenza bioelettrica e la risposta cardiopolmonare durante il test da sforzo.

Abstract

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La cardiopatia ischemica (IHD) rappresenta un gruppo di sindromi cliniche caratterizzate da ischemia miocardica, che porta a una compromissione dell'afflusso di sangue al miocardio e a una perfusione compromessa. Diverse variabili cliniche valutate attraverso un test da sforzo, come l'assorbimento di ossigeno (VO2) e la frequenza cardiaca dell'impulso di ossigeno (HR/O2), sono state attribuite come fattori prognostici cardiopolmonari nei pazienti con IHD. Tuttavia, altri fattori come lo stato di idratazione (HS), che potenzialmente influenzano la risposta cardiopolmonare, sono stati a malapena affrontati. L'HS sbilanciato ha un effetto a breve termine sul volume plasmatico e sul sistema nervoso simpatico, che influisce sul volume del sangue e abbassa il VO2 e l'HR/O2. Recentemente, l'analisi dell'impedenza bioelettrica (BIA), un metodo basato sull'opposizione dei tessuti corporei (compreso il volume del fluido) a una bassa corrente elettrica, è stato ampiamente utilizzato per valutare l'HS ottenendo due componenti: resistenza (R) e reattanza (Xc) e utilizzando formule di previsione. Tuttavia, diverse limitazioni, come la malattia cronica o lo stato anomalo dei fluidi, possono influenzare i risultati. In questo senso, sono diventati rilevanti metodi BIA alternativi, come l'analisi vettoriale dell'impedenza bioelettrica (BIVA). R e Xc (regolati in altezza) danno come risultato un vettore tracciato sul grafico R/Xc, che consente di interpretare l'HS come normale o anormale in base alla distanza del vettore medio. Questo studio ha lo scopo di descrivere come determinare l'HS mediante BIVA utilizzando un dispositivo a singola frequenza e confrontare i risultati con la risposta cardiopolmonare nei pazienti con IHD.

Introduction

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La cardiopatia ischemica (IHD) rappresenta un gruppo di sindromi cliniche caratterizzate da ischemia miocardica, una discrepanza nella domanda e nell'offerta di sangue miocardico. Il difetto fisiopatologico sottostante comprende una perfusione inadeguata, dovuta principalmente alla malattia aterosclerotica delle arterie coronarie epicardiche 1,2,3. In generale, la presenza di malattie cardiovascolari (CVD) è comune, mostrando una scarsa sopravvivenza in tutto il mondo4. In particolare nel 2015, l'IHD ha contribuito a circa 9 milioni di decessi e più di 160 milioni di anni di vita aggiustati per la disabilità e, al giorno d'oggi, l'IHD rimane una delle principali cause di mortalità e favorisce l'onere delle malattie cardiache in tutto il mondo5.

Per valutare sia la presenza che la prognosi dell'IHD, vengono utilizzate abitualmente alcune procedure non invasive come il test da sforzo (EST). L'EST fornisce una valutazione delle prestazioni complessive dei sistemi cardiovascolare, muscolare, polmonare, ematopoietico, neurosensoriale e scheletrico quando lo stress massimo tollerabile appare sotto l'EST6.

In condizioni normali, ci si aspetterebbero adattamenti fisiologici durante l'esercizio. Durante l'esercizio fisico, si verificano diversi cambiamenti, come un cambiamento dinamico del fluido nel sangue all'interno del compartimento vascolare, la riduzione del volume plasmatico e del sangue e l'aumento delle concentrazioni di ematocrito e metaboliti plasmatici. La riduzione del volume plasmatico si normalizza circa 1 ora dopo l'esercizio, che può variare anche a seconda del livello di allenamento individuale e del reintegro idrico7.

Tuttavia, l'IHD può portare a una risposta acuta compromessa all'esercizio, influenzando le prestazioni EST in alcune variabili che comprendono la capacità aerobica e la tolleranza all'esercizio, come l'assorbimento di ossigeno (VO2) e la frequenza cardiaca/polso di ossigeno (HR/O2)8. Recentemente, lo stato di idratazione (HS), una misura dell'acqua contenuta nell'organismo1, è stato proposto come fattore legato al volume plasmatico, in grado di modificare il flusso sanguigno e la viscosità. L'HS è stata anche correlata al volume sistolico, alla frequenza cardiaca e alla differenza di ossigeno arterovenoso, determinanti del VO2. Inoltre, alcuni studi descrivono la relazione dell'HS con una minore risposta cardiopolmonare (cardiaca cronotropa e inotropa, VO2 e HR/O2)9.

Inoltre, sono stati descritti diversi fattori come l'età, le condizioni ambientali, il livello di attività fisica/esercizio fisico e fattori dietetici come l'assunzione di liquidi che partecipano all'equilibrio HS10. Allo stesso modo, condizioni fisiopatologiche come l'IHD e la sua progressione possono influenzare l'HS11.

Sebbene l'HS sia strettamente correlata alle risposte cardiopolmonari, biologico-ambientali o ai fattori dello stile di vita, la particolare associazione dell'IHD nella popolazione con condizioni precedenti è stata scarsamente affrontata; e rappresenta una sfida significativa per la ricerca clinica, in particolare a causa della valutazione delle fasi iniziali, nonché della necessità di metodi affidabili e standardizzati per valutare l'HS.

Per affrontare questo problema, l'analisi dell'impedenza bioelettrica (BIA), un metodo pratico, non invasivo ed economico, può essere utilizzato per stimare la composizione corporea all'interno di un contesto clinico, ma è stato anche proposto come metodo alternativo per valutare l'HS mostrando vantaggi rispetto ad altri metodi come i test dei biomarcatori (osmolalità urinaria o plasmatica) a causa della presenza di un'elevata variabilità nei risultati e persino rispetto al metodo gold standard (diluizione isotopica) a causa della complessità della tecnica che richiede una formazione specifica e attrezzature ad alto costo, diventando clinicamente impraticabile 12,13,14,15.

Il metodo BIA convenzionale applica una corrente elettrica alternata a bassa intensità (al di sotto delle soglie percettive), che entra nel corpo umano e attraversa i tessuti interni. Quindi, in base al principio che gli organi del corpo possono agire come conduttori elettrici o dielettrici, possiamo ottenere un registro dell'impedenza elettrica (o impedenza bioelettrica [Z]) che riflette l'opposizione degli organi al flusso elettrico libero applicato (EF), a seconda della loro composizione (massa grassa o muscolare, ossa, acqua, ecc.) 12. Qui, le sorgenti Z sono resistenza (R) e reattanza (Xc). Il primo è correlato all'opposizione dell'EF attraverso le soluzioni ioniche cellulari (intracellulari ed extracellulari), mentre il secondo è un componente capacitivo delle interfacce tissutali, delle membrane cellulari e degli organelli12.

Inoltre, l'analisi vettoriale dell'impedenza bioelettrica (BIVA) è un metodo alternativo BIA che utilizza le relazioni spaziali tra R e Xc (entrambe regolate in altezza) per valutare l'idratazione dei tessuti molli. I dati R e Xc sono tracciati su un grafico bivariato resistenza-reattanza, che consente di visualizzare la composizione corporea e HS12,16.

Considerando il campo meno esplorato dell'equilibrio HS associato al cardiopolmonare, nonché il crescente interesse per caratterizzare nuove applicazioni di metodi come BIVA nella valutazione dell'HS, questo studio mira a determinare l'HS con il metodo BIVA e ad analizzare la relazione HS con VO2 e HR/O2 in pazienti ambulatoriali con IHD.

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Protocol

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Il Comitato Etico per la Ricerca Istituzionale del Centro Médico Nacional "20 de Noviembre", ISSSTE, ha approvato questo protocollo (ID 383.2019). Tutti i pazienti arruolati hanno firmato il consenso informato scritto.

1. Prima della misurazione dell'analisi dell'impedenza bioelettrica (BIA)

NOTA: La procedura del protocollo BIA viene misurata utilizzando un dispositivo di impedenza bioelettrica a singola frequenza (Tabella dei materiali). Questo dispositivo fornisce due valori (resistenza e reattanza) a 50 kHz. Inoltre, il protocollo BIA qui descritto è specifico in base al dispositivo di impedenza bioelettrica a singola frequenza utilizzato.

  1. Standardizzazione e requisiti tecnici del dispositivo
    1. Verificare la corretta calibrazione del dispositivo utilizzando la resistenza di prova (500 Ω) fornita dal produttore. I valori accettabili per la resistenza e la reattanza sono rispettivamente da 495,0 a 505,0 Ω e da -3,0 a 3,0 Ω. Assicurarsi che gli elettrodi cutanei corrispondano alla stessa marca del produttore e che il dispositivo non sia collegato alla corrente elettrica.
    2. Pulire e disinfettare il dispositivo e i cavi con acqua a base di soluzione di perossido di idrogeno (1:4). Inumidire un panno pulito con la soluzione e strofinare delicatamente lungo i fili e l'esterno della custodia del dispositivo.
  2. Analisi del paziente e preparazione al test (pre-test)
    NOTA: Sono stati inclusi i pazienti con diagnosi di IHD, maschi o femmine e di età >18 anni. Oltre a pazienti con comorbilità controllate come ipertensione arteriosa sistemica, dislipidemia e diabete mellito di tipo 2, sono stati inclusi anche i pazienti con comorbidità controllate. Il peso medio e l'altezza erano rispettivamente di 70 kg e 160 cm. Inoltre, i pazienti sono stati esclusi se presentavano una delle seguenti caratteristiche: fumo attivo o cessazione del fumo <6 mesi, infarto del miocardio o ictus negli ultimi 6 mesi, anemia, squilibrio elettrolitico e malattie terminali croniche come insufficienza renale o epatica.
    1. Informare il paziente del digiuno per almeno 2-3 ore prima della misurazione.
    2. Spiegare la procedura al paziente.
    3. Raccogli informazioni su sesso, età, peso (in kg) e altezza (in cm). Per misurare l'altezza e il peso, utilizzare rispettivamente una bilancia di precisione portatile digitale e uno stadiometro di precisione portatile (Tabella dei materiali) ed eseguire le misurazioni in base al metodo standard descritto da Lohman et al.17.
    4. Istruire il paziente a estrarre eventuali oggetti metallici che indossa (orologi, anelli, bracciali, collane o altro) per evitare interferenze con le misurazioni. Chiedi al paziente di togliersi le scarpe e le calzature.
    5. Posizionare il paziente in posizione supina su una barella. Assicurarsi che le braccia e le gambe mantengano una separazione angolare compresa tra 30° e 45° e che i palmi delle mani siano rivolti verso l'alto. Se le cosce sono troppo grandi, utilizzare un asciugamano/lenzuolo pulito per creare una barriera non conduttiva e separarle. Inoltre, assicurarsi che il materiale del letto della barella non sia conduttivo in metallo.
      NOTA: Per ottenere una distribuzione stabile del fluido dopo che il paziente ha acquisito una posizione supina, si consiglia di sdraiarsi per almeno 5 minuti prima delle misurazioni BIA.
    6. Pulire l'area prima di collegare gli elettrodi cutanei utilizzando un tampone imbevuto di alcol etilico al 70%.
    7. Posizionare quattro elettrodi cutanei come descritto di seguito. Posizionare tutti gli elettrodi cutanei secondo le raccomandazioni del produttore e con una distanza tra loro di almeno 5-10 cm per evitare l'interazione elettrodo-elettrodo.
      1. Innanzitutto, posizionare gli elettrodi prossimali sulle mani come segue: posizionare un elettrodo sul polso, proprio tra l'articolazione lunato-scafoide del carpo e l'articolazione ulna-radio. Quindi, individua un altro elettrodo sul dito medio, appena dietro l'articolazione metacarpo-falangea.
      2. Quindi, posizionare gli elettrodi distali sui piedi, come segue: posizionare un elettrodo sulla caviglia, in corrispondenza dell'articolazione tra i malleoli interni ed esterni e l'astragalo. Quindi, individua un altro elettrodo tra le articolazioni metatarso-falangee del terzo dito.

2. Misurazioni BIA

  1. Collegare l'uscita circolare dei cavi al retro del dispositivo.
  2. Innanzitutto, collegare i cavi guida per la mano (prossimali) - la clip rossa sul polso e la clip nera sul dito medio, quindi collegare la guida per i piedi (distale) - la clip rossa sulla caviglia e la clip nera sul terzo dito. Verificare che tutte le clip siano posizionate sul bordo dell'elettrodo cutaneo.
  3. Istruire il paziente a non muoversi durante l'esecuzione della misurazione.
  4. Accendere il dispositivo premendo il pulsante ON . Osservare immediatamente i valori sullo schermo e attendere da 30 a 60 secondi affinché i dati di resistenza e reattanza si stabilizzino, quindi registrare tali valori. Spegnere il dispositivo premendo il pulsante OFF .
  5. Una volta effettuata la misurazione, rimuovere le clip rosse e nere per la mano e il piede, quindi rimuovere con cautela gli elettrodi cutanei e gettarli.

3. Analisi e valutazione dello stato di idratazione mediante BIVA

NOTA: Prima di iniziare l'analisi BIA, è necessario scaricare il software BIVA (Table of Materials). Si noti che il software BIVA è un foglio di calcolo con dati provenienti da diverse popolazioni e valori di riferimento di resistenza e reattanza ordinati per sesso18.

  1. Il software BIVA contiene i seguenti sette fogli: guida, popolazioni di riferimento, grafico a punti, percorso, soggetti, z-score e z-graph. Fare clic sul foglio Popolazione di riferimento e selezionare la riga completa in base alla popolazione da valutare. Questa metodologia utilizza le righe 9 e 10 (popolazione messicana)19.
  2. Copiare i dati selezionati e incollarli nella seconda riga.
  3. Fare clic sul foglio Soggetti e compilare manualmente le seguenti informazioni che si trovano nella seconda riga- Colonna 1: ID paziente; Colonna 2: Seq, deve essere sempre 1; Colonna 3 e Colonna 4: indicare rispettivamente il Cognome e il Nome; Colonna 5: Sesso, assegnare F se femmina o M se maschio; Colonna 6 e Colonna 7: sommano rispettivamente i valori di resistenza e reattanza (precedentemente registrati); Colonna 8: Altezza, indicare il valore in cm; Colonna 9: Peso, indicare il valore in kg; Colonna 10: Popl Code, indicare un valore compreso tra 1 e 13 che compare nella prima colonna della scheda della popolazione di riferimento per scegliere la popolazione da valutare; Colonna 11: Codice Gruppo, aggiungere un valore compreso tra 1 e 10 per selezionare il paziente da valutare; Colonna 12: Età, indicare l'età in anni.
  4. Fare clic sull'opzione Complemento nel menu principale e fare clic su Calcola per ottenere i valori di resistenza e reattanza regolati in base all'altezza (colonne 13 e 14).
  5. Fare clic sul foglio Grafico punti e il grafico R/H-Xc/H verrà visualizzato per femmine o maschi. Questo grafico contiene le ellissi di tolleranza del 50%, 75% e 95% del percentile aggiustate per popolazioni di riferimento specifiche (Figura 1).
  6. Quando viene visualizzata una finestra di dialogo denominata Seleziona gruppi, selezionare l'opzione Raggruppa in base all'ultimo numero indicato nel foglio del soggetto - Colonna 11. Aggiungere il valore precedentemente registrato al codice gruppo e fare clic su OK. Verrà tracciato un vettore che mostra le caratteristiche della forma.
  7. Interpreta lo stato di idratazione dal grafico come segue: un vettore compreso tra il 50% e il 95% di ellissi di tolleranza percentili indica euidratazione, mentre un vettore al di fuori del polo superiore di ellisse di tolleranza del 95% indica ipoidratazione e un vettore esterno nel polo inferiore di ellisse di tolleranza del 95% indica iperidratazione.

4. Prima di iniziare il protocollo di stress test da sforzo (EST)

NOTA: Il protocollo del test da sforzo (EST) 20,21 viene misurato utilizzando un tapis roulant medico specializzato (Tabella dei materiali). L'EST viene eseguita secondo il protocollo di rampa di Bruce modificato20,21 e supervisionata da un cardiologo esperto.

  1. Analisi e preparazione del paziente
    1. Assicurarsi che il paziente soddisfi le seguenti caratteristiche prima del test: evitare qualsiasi attività fisica intensa almeno 1 giorno prima del test e digiunare il paziente almeno 4 ore prima del test. Chiedere al paziente di indossare abiti comodi per il test.
    2. Spiegare al paziente il protocollo EST e registrare il sesso, l'età, il peso (in kg) e l'altezza (in cm). Immettere i dati relativi a sesso, età, peso e altezza nel sistema EST per stimare automaticamente i valori METS, VO2 e HR/O2 durante il test.
    3. Chiedere al paziente informazioni su eventuali disabilità fisiche (ad es. dolori articolari o toracici, dispnea, ecc.) prima dell'EST. Osservare l'andatura del paziente e assicurarsi che non presenti un disturbo della deambulazione.
  2. Collegamento dei dispositivi EST alla calibrazione del paziente e del sistema
    1. Selezionare e posizionare una maschera EST adatta alla taglia, quindi fissarla delicatamente al viso del paziente.
    2. Eseguire un test di tenuta d'aria istruendo il paziente a coprire il foro nella maschera ed espirare. Non si deve sentire alcun suono.
    3. Collegare le estremità del flusso rosa, una al foro della maschera e l'altra ai fili dell'apparecchiatura EST.
    4. Attendere la calibrazione automatica degli elementi di analisi dei gas dell'apparecchiatura EST, assicurandosi che la CO2 ambientale non superi le 1.200 ppm.
    5. Istruire il paziente a scoprire la zona del torace e pulire la pelle con alcol isopropilico al 70% prima di posizionare gli elettrodi. Se necessario, radere l'area.
    6. Collegare gli elettrodi elettrocardiografici a 12 derivazioni sul torace del paziente secondo il metodo di standardizzazione Mason-Likar22 modificato e la dichiarazione scientifica AHA: standard di esercizio per test e allenamento20,21 come descritto di seguito.
      1. Posizionare quattro elettrodi sulle braccia: uno sul braccio destro (RA) sopra l'osso acromion, uno sul braccio sinistro (LA) sopra l'osso acromion, uno sul margine costale destro (RCM) e uno sul margine costale sinistro (LCM).
      2. Quindi, posizionare sei elettrodi sul torace: V1 sul secondo spazio intercostale e sul bordo destro dello sterno, V2 sul secondo spazio intercostale e sul bordo sinistro dello sterno, V3 tra V2 e V4, V4 sul quarto spazio intercostale che attraversa la linea medioclavicolare sinistra, V5 sul quinto spazio intercostale a livello della linea ascellare anteriore sinistra e V6 sul sesto spazio intercostale al livello della linea ascellare centrale sinistra.
    7. Eseguire una spirometria a riposo istruendo il paziente ad inspirare profondamente il più possibile, quindi indicare di espirare il più velocemente e con forza possibile, cercando di mantenere almeno 6 s nello sforzo di espirazione.
    8. Valutare i criteri di riproducibilità e qualità della spirometria a riposo ripetendo lo sforzo di espirazione 3 volte.
    9. Valutare i parametri del volume espiratorio forzato in 1 s (VEF1) e della capacità vitale forzata (FVC) previsti nel sistema EST.
    10. Scegliere i migliori parametri che il paziente raggiunge in base a VEF1/FVC per monitorarlo durante il test.

5. Esecuzione dell'EST

  1. Valutare le condizioni cardiache (elettrocardiogramma [ECG] basale, frequenza cardiaca e pressione sanguigna) per assicurarsi che il paziente non presenti fattori limitanti prima di iniziare l'EST.
  2. Spiegare al paziente che lo sforzo fisico percepito durante l'EST viene misurato utilizzando la scala di Borg da 0 a 2020.
  3. Monitorare e valutare l'EST con attenzione alla pressione sanguigna, alla frequenza cardiaca e alle variazioni del tracciato elettrocardiografico ogni 3 minuti. Continuare a monitorare la percezione di eventuali sintomi (dolore toracico, mancanza di respiro, vertigini o affaticamento estremo) e lo sforzo fisico percepito dalla scala di Borg. Eseguire queste valutazioni come segue.
    1. Pressione arteriosa: misurare la pressione arteriosa sistolica e diastolica ogni 3 minuti con un dispositivo pneumatico per valutare un aumento della pressione arteriosa sistolica proporzionale al carico di esercizio.
    2. Frequenza cardiaca: registra battito per battito, in tempo reale, utilizzando la telemetria a 12 derivazioni (elettrocardiogramma da sforzo) per prevedere un aumento lineare di questa variabile con l'aumentare del carico. Inoltre, analizza il ritmo cardiaco per differenziarlo dai ritmi non sinusali e rileva le aritmie tramite telemetria.
    3. Sintomi e segni: Durante la procedura, chiedere al paziente se c'è qualche disagio, come dolore al petto o alle estremità, difficoltà respiratorie, alterazione della vigilanza, diminuzione dell'acuità visiva, vertigini o instabilità dell'andatura e valutare se esiste la presenza di bassa frequenza cardiaca, saturazione di ossigeno o pressione sanguigna.
    4. Percezione dello sforzo: man mano che la procedura procede, chiedere al paziente il grado di sforzo secondo la scala di Borg da 0 a 20. I numeri più bassi indicano sforzi leggeri, mentre quelli più alti sono pesanti.
    5. Interrompere l'EST se il paziente raggiunge >'85% della frequenza cardiaca (calcolata in base all'età) o se il paziente avverte un fastidio durante lo sforzo o mostra disturbi elettrocardiografici significativi (ischemia o aritmie complesse).
  4. Al termine dell'EST, monitorare attentamente la pressione sanguigna, la frequenza cardiaca e l'ECG del paziente durante i successivi 1 minuto, 3 minuti, 5 minuti e 8 minuti (periodo di recupero) e assicurarsi che questi parametri tornino ai valori basali.
  5. Estrai e registra i dati cardiopolmonari dal software EST: METS, VO2 e HR/O2.

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Results

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Innanzitutto, per ottenere il grafico BIVA R/Xc sono stati utilizzati i dati R e Xc (entrambi regolati in base all'altezza del paziente) registrati dal dispositivo a singola frequenza (SF-BIA). In secondo luogo, abbiamo classificato lo stato di idratazione come euidratazione, iperidratazione e ipoidratazione. Sono mostrati i dati rappresentativi dell'idratazione di pazienti di sesso maschile tracciati con cerchio e triangolo, di età compresa tra 66 e 67 anni, di peso 72,2 kg e 72,3 kg, altezza 169 cm e 163 cm (

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Discussion

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Sebbene la BIA sia considerata un metodo sicuro, pratico e non invasivo, che supera i limiti di altri metodi per misurare la composizione corporea e l'acqua corporea19,23, è importante considerare la potenziale distorsione che si verifica per quanto riguarda il tipo di impedenza bioelettrica (il metodo qui descritto è specifico per un dispositivo di impedenza bioelettrica a frequenza singola) o la variazione dei passaggi e dei metodi di verifica della tecnica.

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Disclosures

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgements

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Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) che ha sponsorizzato la borsa di studio CVU 1004551 per Dulce María Navarrete de la O durante il suo corso di laurea magistrale.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
BIVA ToleranceBIVA SOFTWARE 2002Piccoli A, Pastori G: BIVA software. Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche, Università degli Studi di Padova, Padova, Italia, 2002 (disponibile al E-mail:apiccoli@unipd.it).
Cardiopoint ECG C600BTL407-80MANEN03100ELETTROCARDIOGRAFO
Carrello Cardiopoint BTL40700B000240CARRELLO
Bilancia piatta digitale portatileSECA813BILANCIA PIATTA DIGITALE
Stadiometro portatileSECA213STADIOMETRO
Quantum IVRJL SYSTEMSQ4B-2405ANALIZZATORE DI IMPEDENZA BIOELETTRICA
Tapis roulant ClinicalBTL216A18TAPIS ROULANT

References

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