Frazione di eiezione: come misurare la funzione sistolica globale / Ejection fraction: how to measure global systolic function

 Frazione di eiezione: come misurare la funzione sistolica globale. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / Ejection fraction: how to measure global systolic function. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Come si misura la frazione di eiezione con l’ecografo con il metodo Simpson Biplano / How to measure ejection fraction with ultrasound using the Simpson Biplane method /

La frazione di eiezione è una misurazione della capacità di un ventricolo cardiaco di contrarsi e di espellere sangue ad ogni battito, ed è fondamentale per la valutazione della funzione sistolica globale. È spesso usata nella clinica dei pazienti con diagnosi di scompenso cardiaco per valutare gli effetti della terapia o la progressione della malattia.

Che cos’è la frazione di eiezione?

La frazione di eiezione (FE) è un valore che restituisce la misura del volume di sangue espulso dal ventricolo ad ogni battito. È utilizzato come indice di funzionalità cardiaca ed è alla base di diagnosi di molte patologie cardiache.

Al suo interno, la camera del ventricolo sinistro ha una forma pressoché simile a quella di un proiettile: un cilindro tronco sulla base leggermente arrotondato sull’apice. Questa forma rappresenta un’approssimazione generica che può raggruppare anatomie diverse (non tutti i ventricoli hanno esattamente la stessa forma ed il cuore, a causa di alcune patologie, può cambiare notevolmente forma nel tempo) (Otto, 2014). Il nome di questa geometria è spesso definita “emiellissoide di rotazione”.

È certo che il ventricolo si riempie e si svuota ad ogni ciclo cardiaco, quello che bisogna considerare però, è che non tutto il volume di sangue lascia la camera cardiaca ad ogni battito.

Una parte considerevole di sangue rimane fisiologicamente nel ventricolo ad ogni sistole, rimanendo in attesa di un prossimo ciclo per irrompere nel circolo sistemico (Alloatti, G., Antonutto, G., Bottinelli, R.,& et al., 2010). Questa percentuale di sangue che viene espulsa nel circolo arterioso od in quello venoso viene definita frazione di eiezione (FE) ed è un parametro fondamentale per scegliere la migliore strategia diagnostica e terapeutica.

Ripetiamo, la frazione di eiezione (FE) è un parametro che indica la funzione sistolica globale del ventricolo. Al fine di ottenere questo valore in percentuale è necessario disporre di due dati principali:

EDV (End Diastolic Volume): è il volume telediastolico, ovvero il massimo volume di riempimento ventricolare raggiunto dalla camera alla fine della diastole isotonica.

ESV (End Sistolic Volume): è il volume telesistolico, vale a dire il massimo volume di svuotamento ventricolare raggiunto dalla camera alla fine della sistole isotonica.

A partire da questi due dati sarà facile calcolare la differenza in percentuale dei due volumi, dunque la frazione di eiezione:

FE(%)= EDV-ESV/ EDV * 100

I fattori che influenzano la frazione di eiezione

Il grado di svuotamento e quindi di frazione di eiezione è influenzato da diversi fattori tra cui il livello di precarico e postcarico, la contrattilità e la geometria ventricolare (Otto, 2014):

Precarico

Rappresenta, il quantitativo di sangue presente all’interno del ventricolo ad inizio sistole, ed è correlato al ritorno venoso polmonare, alla pressione atriale sx, alla capacità di rilasciamento attivo ed alla compliance della parete cardiaca ventricolare sinistra (caratteristiche della funzione diastolica del cuore).

Postcarico

Con postcarico si intende la somma di tutte le resistenze, le pressioni e le forze contrarie ed oppositive che il ventricolo sinistro deve affrontare durante la sistole e che si oppongono allo svuotamento di sangue; si tratta di forze dovute alle resistenze periferiche (calibro dei vasi arteriosi periferici) ed ai volumi ematici già presenti nel sistema vascolare e nelle periferie. L’incontro tra queste due forze opposte è causa della pressione arteriosa sistemica.

Il precarico è correlato alla performance sistolica per mezzo della Legge di Starling. Fino ad un certo plateau, un maggior riempimento ventricolare comporta un maggior volume sistolico (come un elastico, che più è tirato più forza esercita).

Superato quel plateau, un ulteriore riempimento di sangue nel ventricolo (come slabbrare un elastico) non comporta più un incremento di contrattilità ma solo un aumento della pressione a monte, ovvero nel circolo polmonare (Sarti, 2009).

Quindi tra tutti i fattori elencati il precarico del ventricolo sinistro nel paziente con scompenso cardiaco è uno dei più importanti.

Come si misura la frazione di eiezione con l’ecografo?

La frazione di eiezione è ad oggi la metodica più utilizzata nella clinica (Otto, 2014) per misurare la funzione sistolica globale.

Non è una valutazione della sola contrattilità ma di come quest’ultima si associ al precarico e postcarico e realizzi un volume sistolico di sangue pompato fuori dal ventricolo sinistro ad ogni ciclo cardiaco.

Per valutare i volumi nelle fasi di telediastole (EDV) e telesistole (ESV) sono state valutate diverse forme geometriche da applicare alle immagini ecografiche e ognuna di essa ha manifestato pregi e limiti; perciò la figura emiellissoide di rotazione è solo una delle varie approssimazioni che si fanno del ventricolo sinistro.

Ad oggi il modello geometrico che aderisce maggiormente alle forme dei ventricoli e che presenta ampia flessibilità tra cuore e cuore è quello ricavato dal metodo Simpson modificato.

Si misura contornando durante l’ecografia cardiaca, in due differenti immagini eco, i bordi endocardici nei momenti di telediastole (quando il ventricolo è al massimo del riempimento di volume) ed in telesistole (quando ha espulso tutto il sangue possibile) (Otto, 2014).

Questa metodica si presta ad un esperimento mentale. Immaginate mentalmente di poter disporre a piacimento di un certo numero di dischi del classico gioco della Torre di Hanoi e di poterli inserire all’interno di un ventricolo sinistro congelato nel tempo.

I dischi di diversa misura vengono adattati all’interno del ventricolo in base alla loro grandezza, in fondo al ventricolo il disco più piccolo e via via sempre più larghi fino ad ottenere una serie di dischi, tutti impilati lungo l’asse lungo della camera cardiaca e riempendola completamente.

Ora che con l’immaginazione avete riempito il vostro cuore virtuale con questi dischetti, svuotatelo di nuovo, misurate e sommate i volumi di tutti i dischi ed ecco che adesso sapete quanto è grande il volume del vostro ventricolo. Il metodo con cui si ricavano i volumi e la FE è molto simile a questo processo.

L’ecografista od il sonographer eseguirà una serie di immagini del cuore da prospettive diverse in momenti diversi del ciclo cardiaco ricavando due immagini in telediastole e due immagini in telesistole dello stesso ventricolo ma da “inquadrature” diverse.

Poi delineerà i contorni del ventricolo e la macchina farà il resto, simulando tutti i dischi con cui si possono ricavare i volumi dalle immagini in telediastole ed in telesistole.

Questa tecnica viene chiamata Simpson modificato Biplano ed è al momento la metodica più diffusa e validata, che assicura maggiore affidabilità e minor spreco di risorse in termini di tempo perché il suo utilizzo è veloce e non necessità di particolari software.

Quali sono i valori di riferimento della frazione di eiezione?

Le linee guida ufficiali dell’American Society of Echocardiography e la European Association of Cardiovascular Imaging indicano piccole differenze di valori tra uomini e donne, in generale.

Una frazione di eiezione normale ha valori compresi tra 54% e 74% con una tolleranza di ±2% (negli uomini considerare meno due punti); al di sotto del 54% e fino al 41% la frazione di eiezione è considerata lievemente ridotta; dal 40% al 30% la FE è moderatamente ridotta; per definirla severamente ridotta dovremmo avere di fronte un valore inferiore al 30% (Lang, R. M., 2015).

Questi valori dovranno sempre essere contestualizzati in base al quadro clinico del paziente per cui in presenza di un’insufficienza mitralica moderata o severa, una FE che non sia superiore al 60% non può essere definita normale perché il volume di sangue che ritorna in atrio a causa della valvola incontinente dovrà essere conteggiato.

Oppure, una frazione di eiezione di un ventricolo severamente dilatato (che si riempie più del normale) di un paziente a riposo, può essere adeguata anche se intorno al 30%, perché il 30% di un grosso volume può corrispondere comunque ad una sufficiente percentuale di volume circolante.

La situazione cambia quando lo stesso cuore è sottoposto a sforzo; in questo caso la FE non incrementandosi non risponde alle maggiori richieste metaboliche dell’organismo slatentizzando il quadro patologico (Sarti, 2009).

A ragione di ciò, e alla luce di un valore di FE fuori norma, è sempre bene chiedere ad un professionista esperto di farci contestualizzare la situazione clinica del paziente, soprattutto se, da decisioni prese da questo valore, ne va della salute del nostro assistito o parente.

ENGLISH

Ejection fraction is a measurement of the ability of a heart ventricle to contract and expel blood with each beat, and is essential for assessing overall systolic function. It is often used in the clinic of patients diagnosed with heart failure to assess the effects of therapy or the progression of the disease.

What is ejection fraction?

The ejection fraction (EF) is a value that returns the measure of the volume of blood expelled from the ventricle with each beat. It is used as an index of cardiac function and is the basis for the diagnosis of many cardiac diseases.

Inside, the left ventricle chamber has a shape almost similar to that of a bullet: a truncated cylinder at the base slightly rounded at the apex. This shape represents a generic approximation that can group different anatomies (not all ventricles have exactly the same shape and the heart, due to some pathologies, can significantly change shape over time) (Otto, 2014). The name of this geometry is often defined as “rotational hemiellipsoid”.

It is certain that the ventricle fills and empties at each cardiac cycle, what must be considered, however, is that not all the blood volume leaves the cardiac chamber at each beat.

A considerable part of the blood physiologically remains in the ventricle at each systole, waiting for the next cycle to burst into the systemic circulation (Alloatti, G., Antonutto, G., Bottinelli, R.,& et al., 2010). This percentage of blood that is expelled into the arterial or venous circulation is called ejection fraction (EF) and is a fundamental parameter for choosing the best diagnostic and therapeutic strategy.

Let's repeat, the ejection fraction (EF) is a parameter that indicates the global systolic function of the ventricle. In order to obtain this value in percentage, it is necessary to have two main data:

EDV (End Diastolic Volume): is the telediastolic volume, i.e. the maximum ventricular filling volume reached by the chamber at the end of isotonic diastole.

ESV (End Systolic Volume): is the telesystolic volume, i.e. the maximum ventricular emptying volume reached by the chamber at the end of isotonic systole.

Starting from these two data, it will be easy to calculate the difference in percentage of the two volumes, therefore the ejection fraction:

FE(%)= EDV-ESV/ EDV * 100

Factors that influence the ejection fraction

The degree of emptying and therefore of the ejection fraction is influenced by various factors including the level of preload and afterload, contractility and ventricular geometry (Otto, 2014):

Preload

It represents the quantity of blood present inside the ventricle at the beginning of systole, and is related to the pulmonary venous return, left atrial pressure, the capacity for active relaxation and the compliance of the left ventricular cardiac wall (characteristics of the diastolic function of the heart).

Afterload

Afterload is the sum of all the resistances, pressures and opposing and contrary forces that the left ventricle must face during systole and that oppose the emptying of blood; These are forces due to peripheral resistance (caliber of peripheral arterial vessels) and blood volumes already present in the vascular system and in the peripheries. The meeting of these two opposing forces is the cause of systemic arterial pressure.

Preload is related to systolic performance by means of Starling's Law. Up to a certain plateau, greater ventricular filling leads to greater systolic volume (like a rubber band, which the more it is stretched the more force it exerts).

Once that plateau is exceeded, further filling of blood in the ventricle (like stretching a rubber band) no longer leads to an increase in contractility but only to an increase in upstream pressure, i.e. in the pulmonary circulation (Sarti, 2009).

Therefore, among all the factors listed, the preload of the left ventricle in patients with heart failure is one of the most important.

How is the ejection fraction measured with ultrasound?

The ejection fraction is currently the most widely used method in clinical practice (Otto, 2014) to measure global systolic function.

It is not an assessment of contractility alone but of how the latter is associated with preload and afterload and creates a systolic volume of blood pumped out of the left ventricle at each cardiac cycle.

To evaluate the volumes in the phases of telediastole (EDV) and telesystole (ESV), different geometric shapes have been evaluated to be applied to the ultrasound images and each of them has shown advantages and limitations; therefore the hemiellipsoid figure of rotation is only one of the various approximations that are made of the left ventricle.

To date, the geometric model that adheres most closely to the shapes of the ventricles and that presents a wide flexibility between heart and heart is the one obtained from the modified Simpson method.

It is measured by outlining during cardiac ultrasound, in two different echo images, the endocardial edges in the moments of telediastole (when the ventricle is at maximum volume filling) and in telesystole (when it has expelled all the blood possible) (Otto, 2014).

This method lends itself to a thought experiment. Imagine in your mind that you can have a certain number of disks from the classic Tower of Hanoi game at your disposal and that you can insert them into a left ventricle frozen in time.

The disks of different sizes are adapted to the inside of the ventricle based on their size, the smallest disk at the bottom of the ventricle and gradually larger and larger until you obtain a series of disks, all stacked along the long axis of the cardiac chamber and filling it completely.

Now that you have filled your virtual heart with these disks in your imagination, empty it again, measure and add the volumes of all the disks and now you know how big the volume of your ventricle is. The method used to obtain the volumes and the EF is very similar to this process.

The sonographer or sonographer will take a series of images of the heart from different perspectives at different times of the cardiac cycle, obtaining two images in telediastole and two images in telesystole of the same ventricle but from different “shots”.

Then it will outline the contours of the ventricle and the machine will do the rest, simulating all the disks with which the volumes can be obtained from the telediastole and telesystole images.

This technique is called the Modified Simpson Biplane and is currently the most widespread and validated method, which ensures greater reliability and less waste of resources in terms of time because it is used quickly and does not require special software.

What are the reference values ​​for the ejection fraction?

The official guidelines of the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging indicate small differences in values ​​between men and women, in general.

A normal ejection fraction has values ​​between 54% and 74% with a tolerance of ±2% (in men consider minus two points); below 54% and up to 41% the ejection fraction is considered slightly reduced; from 40% to 30% the EF is moderately reduced; to define it as severely reduced we should be looking at a value lower than 30% (Lang, R. M., 2015).

These values ​​must always be contextualized based on the patient's clinical picture, so in the presence of moderate or severe mitral insufficiency, an EF that is not higher than 60% cannot be defined as normal because the volume of blood that returns to the atrium due to the incompetent valve must be counted.

Or, an ejection fraction of a severely dilated ventricle (which fills more than normal) of a patient at rest, can be adequate even if around 30%, because 30% of a large volume can still correspond to a sufficient percentage of circulating volume.

The situation changes when the same heart is subjected to stress; in this case the EF does not increase and does not respond to the greater metabolic demands of the organism, thus making the pathological picture manifest (Sarti, 2009).

For this reason, and in light of an abnormal EF value, it is always a good idea to ask an expert professional to help us contextualize the patient's clinical situation, especially if the health of our patient or relative depends on decisions taken based on this value.

Da:

https://www.dimensioneinfermiere.it/frazione-di-eiezione/