Age- and gender-specific reference values for cardiac chamber geometry and function using three-dimensional echocardiography

Premessa. L’ecocardiografia tridimensionale (3DE) permette una completa, accurata e riproducibile valutazione quantitativa delle dimensioni e della funzione delle camere cardiache prescindendo da qualsiasi assunzione geometrica sulla loro forma. Numerosi studi di confronto con la risonanza magnetica nucleare (RMN) hanno dimostrato la maggiore accuratezza e riproducibilità della misura dei volumi delle camere cardiache con 3DE rispetto alla ecocardiografia bidimensionale convenzionale (2DE). Sia la European Association of Cardiovascular Imaging che l’American Society of Echocardiography raccomandano la 3DE, piuttosto che la 2DE, per la misura dei volumi delle camere cardiache. Tuttavia, entrambe le Società riconoscono anche il fatto che l’applicazione del 3DE nella routine clinica è stata penalizzata dalla mancanza di valori di riferimento e, in particolare, dalla mancanza di valori di riferimento specifici per i due sessi e normalizzati per i dati antropometrici. Pertanto, l’identificazione di valori di riferimento per le dimensioni, la geometria e la funzione delle camera cardiache è diventato un prerequisito per l’applicazione clinica routinaria della 3DE quantitativa. Il progetto di ricerca. Abbiamo pianificato uno studio osservazionale, di coorte, prospettico, monocentrico con l’obiettivo di: (i). Analizzare in maniera comprensiva la geometria e la funzione delle 4 camere cardiache in un ampia cohorte di volontari sani utilizzando ecografi allo stato dell’arte; (ii). Valutare gli effetti dell’età, delle dimensioni corporee e del sesso su questi parametri; e (iii). Confrontare le misure così ottenute con quelle calcolate con ecocardiografia convenzionale nello stesso soggetto ed con quelle 3DE pubblicate in altre coorti di soggetti sani. Metodi. 263 volontari sani (43±14 anni, range 18-75; 58% donne) i cui data set sono stati acquisiti tra Ottobre 2011 e Luglio 2013 utilizzando un ecografo 3DE disponibile in commercio (Vivid E9, GE Vingmed, Horten, NO) equipaggiato con una sonda a matrice 4V. I data set così acquisiti sono stati elaborate a posteriori utilizzando sia software di analisi disponibili in commercio (EchoPac BT 12, GEVingmed Horten, NO; 4D RV function, TomTec Imaging system, Unterschleissheim, D ) che softwares prototipali (EchoPac BT 13, GEVingmed Horten, NO; 4D LA Tomtec Imaging systems, Unterschleissheim, D). Il progetto di ricerca è stato approvato dal comitato etico dell’Università di Padova (protocollo # 2380 P approvato il 06/10/2011) e tutti i soggetti arruolati hanno fornito un consenso scritto prima della valutazione clinica per l’eligibilità allo studio. Risultati Studio #1: Analisi delle dimensioni, della geometria e della funzione del ventricolo sinistro (VS). Abbiamo eseguito un’analisi completa dei parametric 3DE del VS e li abbiamo confrontati con gli analoghi parametrii ottenuti con ecocardiografia convenzionale in 226 volontari sani consecutivi (125 donne, età compresa tra 18-76 anni). I limiti superiori dei valori di riferimento (media+2DS) per i volumi telediastolico e telesistolico del VS sono risultati 85 ml/m2 e 34 ml/m2 nei maschi, and 72 ml/m2 and 28 ml/m2 nelle femmine, rispettivamente. L’indicizzazione dei volume del VS per la superficie corporea non ha eliminato la differenza tra maschi e femmine. I limiti inferiori dei valori di riferimento (media-2Ds) per la frazione d’eiezione sono risultati 54% nei maschi e 57% nelle femmine, mentre per la gittata sistolica sono risultati 25 ml/m2 e 24 ml/m2, rispettivamente. I limiti superiori dei valori di riferimento per la massa ventricolare sinistra sono risultati 97 g/m2 nei maschi and 90 g/m2 nelle femmine, mentre quelli per la sfericità diastolica sono risultati 0.49 e 0.48, rispettivamente. Abbiamo inoltre identificato e descritto (differenziando i valori di riferimento per gruppi di età) una significativa variazione dei parametri del VS con l’età. Con il 3DE, i volumi erano più grandi, la frazione d’eiezione era simile, la gittata sistolica e la massa del VS erano più piccole degli analoghi parametri calcolati con ecocardiografia convenzionale Studio #2: Analisi delle dimensioni e della funzione del ventricolo destro (VD). I volumi del VD (tele-diastolico, VTD; tele-sistolico, VTS), la gitatta sistolica (GS) e la frazione d’eiezione (FE) del VD sono stati misurati con 3DE in 540 volontari sani adulti, arruolati in maniera prospettica, e distribuiti equamente relativamente alle classi di età ed al sesso. Le relazioni di questi parametri con l’età, il sesso e le dimensioni corporee dei soggetti arruolati sono state analizzate utilizzando regression lineari bi- e multi-variate. L’analisi dei data set venne effettuata con successo in 507 (94%) soggetti (260 donne, età 45±16 anni, età compresa tra 18 e 90 anni). Età, sesso, peso corporeo ed altezza hanno dimostrato influenze significative sui volume e sulla FE del VD. L’effetto del sesso era altrettanto significativo (p<0.01), I volumi del VD erano più piccoli e la FE era più alta nelle donne rispetto aglii uomini. L’incremento dell’età era associate a volumi VD più piccoli (VTD, -5 ml/decade; VTS, -3 ml/decade; SV, -2 ml/decade), e ad FE più alta (+1%/decade). L’inclusione delle dimensioni corporee nei modelli statistici aumentò significativamente la spiegazione della varianza dei volumi (VTD, R2=0.43; VTS, R2=0.35; SV, R2=0.30), mentre non aveva alcun effetto sulla FE. Sia l’utilizzo di modelli ratiometrici che allometrici per indicizzare per età sesso, e dimensioni corporee determine l’eliminazione di ulteriori residue correlazioni dei parametri del VD con l’altezza e il peso dei soggetti studiati. Studio #3: Analisi delle dimensioni e della funzione dell’atrio sinistro (AS). Abbiamo sottoposto 244 volontari sani (43±14 anni, età compresa tra 18-75; 58% donne) a 3DE e 2DE per misurare i volumi massimo (Vmax), minimo (Vmin) e preA (VpreA) dell’AS per poter calcolare i volumi di svuotamente dell’AS totale, passivo ed attivo (TotEV, PassEV, ActEV) e le relative frazioni di svuotamento (TotEmptFr, PassEmptFr, ActEemptFr). La fattibilità dei volume dell’AS con 3DE e con 2DE fu 91% e 96% (p=0.59 ). I volumi dell’AS misurati con 3DE erano più grandi di quelli calcolati con 2DE (Vmax: 48±11 ml vs. 43±11 ml; Vmin: 18±5 vs. 14±6, rispettivamente, p<0.001). La TotEmptFr (61±6% vs. 68±9%) e la ActEmptFr (30±7% vs. 47±10%) erano più basse al 3DE che al 2DE (p<0.001), mentre la PassEmptFr (44±10% vs. 41±11%) era maggiore con 3DE che con 2DE (p= 0.002). I volume dell’AS al 3DE indicizzati per la superficie corporea erano simili nei maschi e nelle femmine ed aumentavano progressivamente con l’età (p=0.002). Studio #4: Analisi delle dimensioni e della funzione dell’atrio destro (AD). Abbiamo sottoposto 200 volontari sani (43±15 anni; 44% maschi) a 2DE e 3DE per misurare I volume dell’AD massimo (Vmax), minimo (Vmin) e preA (VpreA) per calcolare volume di svuotamento totale (TotEV), passivo (PassEV) and attivo (TrueEV) and le rispettive frazioni di svuotamento (TotEmptFr, PassEmptFr, TrueEmptFr). Al 3DE i volumi (Vmax, 52±15 ml vs 41±14 ml, p<0.0001), i volumi di svuotamento (TotEV, 33±10 ml vs. 24±9 ml, p<0.0001) e laTotEmptFr, 63±9% vs. 58±9%, p<0.0001) dell’AD erano significativamente maggiori che al 2DE. I volumi 3D dell’AD indicizzati per la superficie corporea erano significativamente più grandi nei maschi che nelle femmine. L’invecchiamento fisiologico era associato ad una significativa riduzione della funzione passiva dell’AD (PassEV, r= -0.26; PassEmptFr, r= -0.38; all p<0.0001) e ad un significativo aumento della funzione attiva (TrueEV, r= 0.25; p<0.0001; and TrueEmptFr, r= 0.15; p= 0.035) per poter mantenere costante il volume di svuotamento (TotEV, r= -0.14, p= 0.05). Conclusioni Questo progetto di ricerca fornisce un’analisi quantitative completa della geometria e della funzione delle quattro camere cardiache utilizzando 3DE in un gruppo relativamente ampio di volontari sani di razza caucasica con un relativamente ampio range di età. I risultati principali possono essere riassunti in: (i). L’analisi quantitativa della geometria e della funzione delle camere cardiache con 3DE è fattibile e riproducibile; (ii) I valori di riferimento per le dimensioni delle camere cardiache misurati con 3DE sono significativamente più grandi di quelli calcolati con 2DE, sottolineando ancora una volta l’importanza di applicare valori di riferimento metodica-specifici per identificare il rimodellamento o la disfunzione delle camere cardiache in maniera affidabile; (iii). I parametri di geometria e funzione delle camere cardiache misurati con 3DE hanno mostrato una buona riproducibilità e si sono dimostrati più robusti di quelli calcolati con 2DE all’analisi test/re-test; (iv). La maggior parte dei parametri che descrivono le dimensioni delle camere cardiache dovrebbero essere definiti in base all’età ed al sesso poiché la semplice indicizzazione per la superficie corporea non riesce a tener conto di tutte le loro variazioni fisiologiche. La disponibilità degli intervalli di riferimento e dei limiti superiori ed inferiori di normalità specifici per classi di età e per sesso dovrebbe facilitare l’implementazione del 3DE per identificare il rimodellamento e la disfunzione delle camere cardiache sia nella routine clinica che a scopo di ricerca.