• analisi flusso-pressoria aortica
• aortic characteristic impedance
• aortic pressure-flow analysis
• cardiovascular continuum
• cardiovascular performance
• coupling ventricolo-arterioso
• efficienza energetica
• energetic efficiency
• heart failure
• impedenza aortica caratteristica
• performance cardiovascolare
• reflected wave transit time
• scompenso cardiaco
• VAC
• ventricular-arterial coupling
• wasted pressure effort
• wave separation analysis

Questo lavoro di tesi indaga e approfondisce il concetto di coupling, o accoppiamento, ventricolo-arterioso (VAC) in qualità di indicatore di performance cardiovascolare, nel contesto dello spettro di condizioni cliniche rappresentato dal cardiovascular continuum. Il vantaggio fondamentale offerto dallo studio del VAC, rispetto a singoli markers di funzionalità miocardica o arteriosa, risiede in una migliore caratterizzazione delle alterazioni emodinamiche, anche precoci e subcliniche, che si verificano nei pazienti di tutto il continuum, riassumendo in sé il cross talk tra funzionalità ventricolare sinistra e carico arterioso periferico. Il VAC nella sua accezione classica, ricavato dalle curve pressione-volume come rapporto tra elastanza arteriosa (Ea) ed elastanza telesistolica ventricolare sinistra (Ees), richiede misurazioni invasive non essendo, pertanto, applicabile con semplicità nella pratica clinica routinaria. Per questo motivo, nel corso degli anni, si è cercato di ottenere nuovi metodi per la definizione del VAC che fossero non invasivi e che cogliessero la natura dinamica, pulsatile e bidirezionale delle interazioni esistenti tra cuore e circolo arterioso.
Lo scopo di questo studio è stato quindi cercare di individuare e stimare alterazioni del VAC, sfruttando un metodo che tenesse conto della sua variabilità temporale durante il ciclo cardiaco e che potesse essere attuato in modo completamente non invasivo e semplice. La presenza di tali alterazioni, precoci o più tardive che fossero, è stata esplorata nei 4 gruppi di pazienti, in cui la popolazione di studio è stata suddivisa, basandosi sull’AHA/ACC Staging System dello scompenso cardiaco.
Secondo un modello di studio prospettico sono stati reclutati 145 pazienti, indirizzati all’UO Medicina I dell’Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana per dispnea o intolleranza allo sforzo di origine sconosciuta. Sfruttando l’approccio della Wave Separation Analysis, sono stati ottenuti dati di pressione (P) e flusso (Q) centrali tramite l’uso, rispettivamente, della tonometria ad applanazione e del Pulsed Wave Doppler (PWD) del tratto di efflusso ventricolare sinistro (LVOT). Grazie alla relazione lineare, nelle prime fasi della sistole ventricolare, tra pressione e impedenza aortica caratteristica (Zc), è stato possibile calcolare quest’ultima dall’analisi delle prime fasi dell’onda di pressione centrale, generata dalla contrazione ventricolare sinistra e registrata a livello aortico. L’impedenza così ottenuta è stata successivamente moltiplicata per il flusso registrato a livello dell’LVOT, consentendo di ottenere un’onda pressoria. Sottraendo quest’ultima dall’onda pressoria centrale è stato possibile capire quanta parte di essa ponesse un sovraccarico al ventricolo inutile, in qualità di sforzo pressorio non associato alla generazione di un flusso anterogrado efficiente. Sono state quindi ricavate misure di efficienza energetica e di accoppiamento ventricolo-arterioso come il rapporto WPE/QZc e il Reflection Wave Transit Time (RWTT). E’ stata inoltre valutata la rilevanza di queste misurazioni nel condizionare la risposta del sistema cardiovascolare all’esercizio, valutata tramite test cardiopolmonare.
I risultati hanno mostrato come l’impedenza aortica fosse molto elevata nei pazienti con scompenso cardiaco a frazione d’eiezione preservata, essendo invece leggermente inferiore nei soggetti in stadio A e B dell’evoluzione dello scompenso, ossia nel periodo che antecede la diagnosi. Il valore più basso, seguito solo dai controlli, è stato riscontrato nei pazienti con scompenso cardiaco a frazione d’eiezione ridotta. Inoltre, è stato notato come il Wasted pressure Effort, ossia la quota di energia spesa dal ventricolo sinistro per vincere il sovraccarico posto all’eiezione derivante dalle onde retrograde, fosse massimamente elevato nei soggetti in stadio A e B, aumentasse con l’età e si riducesse con il BMI dei pazienti.
I risultati di questo studio, quindi, dimostrano come il disaccoppiamento ventricolo-arterioso sia associato alla presenza di fattori di rischio cardiovascolari, come l’ipertensione, ma anche a condizioni cliniche più avanzate, come la presenza di scompenso cardiaco in stadio A, B o C, rivestendo un significato prognostico verosimilmente sfavorevole.
La stima del VAC, secondo la modalità non invasiva descritta in questa tesi, potrebbe dunque rappresentare un parametro importante nella valutazione della salute cardiovascolare e offrire informazioni aggiuntive che aiutino la diagnosi e la gestione del paziente a rischio o con scompenso asintomatico, nelle fasi più precoci dell’evoluzione del danno cardiaco.

This thesis work investigates and delves into the concept of ventriculo-arterial coupling (VAC) as an indicator of cardiovascular performance, in the context of the spectrum of clinical conditions represented by the cardiovascular continuum. The fundamental advantage offered by studying VAC, compared to individual markers of myocardial or arterial function, lies in its better characterization of hemodynamic alterations, including early and subclinical changes, that occur in patients across the continuum. VAC encapsulates the cross-talk between left ventricular function and peripheral arterial load.
VAC, in its classical definition, is derived from pressure-volume curves as the ratio between arterial elastance (Ea) and left ventricular end-systolic elastance (Ees), requiring invasive measurements, which makes it difficult to apply in routine clinical practice. For this reason, over the years, efforts have been made to develop new methods for defining VAC that are non-invasive and capture the dynamic, pulsatile, and bidirectional nature of the interactions between the heart and the arterial system.
The aim of this study was to identify and estimate alterations in VAC using a method that accounts for its temporal variability throughout the cardiac cycle and can be implemented in a fully non-invasive and simple manner. The presence of such alterations, whether early or more advanced, was explored across four patient groups, based on the AHA/ACC Staging System for heart failure.
A total of 145 patients were recruited for this prospective study, who were referred to the Unit of Internal Medicine I of the Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana due to dyspnea or exercise intolerance of unknown origin. Using the Wave Separation Analysis approach, central pressure (P) and flow (Q) data were obtained through the use of applanation tonometry and Pulsed Wave Doppler (PWD) of the left ventricular outflow tract (LVOT), respectively. Thanks to the linear relationship, in the early phases of ventricular systole, between pressure and characteristic aortic impedance (Zc), it was possible to calculate the latter by analyzing the early phases of the central pressure wave generated by left ventricular contraction and recorded at the aortic level. The impedance thus obtained was then multiplied by the flow recorded at the LVOT, allowing the generation of a pressure wave. By subtracting this from the central pressure wave, it was possible to determine how much of the wave exerted an unnecessary load on the ventricle, in the form of pressure effort not associated with generating an efficient forward flow.
Measures of energy efficiency and ventriculo-arterial coupling were obtained, such as the WPE/QZc ratio and the Reflection Wave Transit Time (RWTT). The relevance of these measurements in influencing the cardiovascular system's response to exercise, assessed through cardiopulmonary testing, was also evaluated.
The results showed that aortic impedance was very high in patients with heart failure with preserved ejection fraction, slightly lower in subjects at Stage A and B of heart failure progression (i.e., before diagnosis), and lowest in patients with heart failure with reduced ejection fraction, followed only by the control group. Additionally, the Wasted Pressure Effort—i.e., the amount of energy expended by the left ventricle to overcome the load posed by retrograde waves—was highest in subjects at Stage A and B, increased with age, and decreased with the patients’ BMI.
The findings of this study demonstrate that ventriculo-arterial uncoupling is associated with the presence of cardiovascular risk factors, such as hypertension, as well as with more advanced clinical conditions, such as heart failure in Stage A, B, or C, likely indicating an unfavorable prognosis.
The non-invasive estimation of VAC, as described in this thesis, could therefore represent an important parameter in assessing cardiovascular health and provide additional information to aid in the diagnosis and management of patients at risk or with asymptomatic heart failure, even in the early stages of cardiac damage development.