Cuore Sano
IL TEST DA SFORZO
(TEST ERGOMETRICO,
STRESS TEST)
Il test ergometrico è una delle metodiche non invasive più frequentemente utilizzate per la valutazione dei pazienti con malattia cardiovascolare nota o sospetta. Consiste nella registrazione dell' elettrocardiogramma e di alcuni parametri emodinamici durante l' esecuzione di un esercizio fisico calibrato. L' esercizio fisico costituisce infatti uno stress fisiologico in grado di stimolare la com- parsa di anomalie cardiovascolari non presenti a riposo. In pratica questo sistema consente di esaminare la risposta dell' apparato cardiocircolatorio all' esercizio fisico, in particolare per quanto riguarda la frequenza cardiaca, la risposta pressoria ed eventuali alterazioni dell' elettrocardiogramma. In combinazione con la mi-surazione dei parametri ventilatori (test da sforzo cardio-polmonare) o con l' imaging cardiaco aumentano signi-ficativamente le informazioni che possono essere ottenu-te con la metodica standard. I protocolli di esercizi com-prendono protocolli di ergometria al cicloergometro e al tappeto rotante (treadmill). Le informazioni che si ricava-no dal test, durante e dopo l'esecuzione dello sforzo (pe-riodo di recupero), derivano in parte dalle modificazioni elettrocardiografiche in risposta all' esercizio e in parte dalla valutazione di eventuali sintomi (dispnea, angina) e modificazioni emodinamiche (pressione arteriosa, fre-quenza cardiaca); la capacità massima di lavoro rappre-senta una delle informazioni più importanti ai fini progno-stici.
In sintesi il test da sforzo consente di valutare l'adegua- tezza della funzione cardiaca all'esercizio, la gravità della coronaropatia ai fini terapeutici e prognostici ed inoltre consente di valutare gli effetti della terapia.
L'indice di sicurezza del test da sforzo è gene- ralmente molto elevato, ma esistono alcune con- dizioni in cui il rischio di complicanze diventa ele- vato e il test è controindicato. Comunque l' ap- plicazione delle indicazioni standard per l' inter- ruzione del test da sforzo ne riduce il rischio di complicanze.
CONTROINDICAZIONI ASSOLUTE AL TEST DA SFORZO:
L'applicazione corretta delle indicazioni standard per l'interruzione del test da sforzo,riduce in mo-do significativo il rischio di complicanze.
ESISTONO 2 TIPI DI STRUMENTI PER EFFETTUARE UN TEST DA SFORZO:
- il cicloergometro,
- il treadmill.
Il test da sforzo al cicloergometro o al treadmill viene utilizzato per la diagnostica della cardio- patia ischemica, ma anche per la valutazione:
.della capacità funzionale dei soggetti sani,com-
presi gli atleti;
.della capacità funzionale dei pazienti con car-diopatia ischemica nota,come angina stabile,pre-gresso infarto del miocardio,oppure dei pazienti reduci da un intervento cardiochirurgico.
La prova ha una durata complessiva di circa 20 minuti e viene effettuata in ambienti adeguata-mente attrezzati per fronteggiare anche eventua- li complicanze.Può deve essere interrotta dal me-dico in qualsiasi momento se dovessero compari- re segni o sintomi: esistono criteri clinici e stru-mentali di arresto standardizzati; la prova può essere interrotta anche su richiesta del paziente.
Quando si usa il cicloergometro per la misu-razione della Potenza (rendimento=lavoro X tem-po),si prevede
l'utilizzazione dei freni.La forza fre-nante che si oppone al movimento consente di misurare direttamente la Potenza resa dal pazien-te.I freni negli ergometri moderni sono ormai di tipo
elettromagnetico. Il freno elettromagnetico si caratterizza per il fatto che mancano gli organi di attrito, nel senso che mentre la forza frenante del freno meccanico veniva variata con il
variare della forza sul freno, nel freno elettromagnetico la for-za frenante è variata mutando la corrente di ma-gnetizzazione del campo polare di un elettroma-gnete rotante.
La quantità di ossigeno necessaria per un deter-minato rendimento può essere calcolata anche se in modo approssimativo con la seguente formula:
VO2 (ml x min) = 350 (fabbisogno di O2 a riposo + 12 x Watt.
Esempio: un individuo che al test da sforzo arriva a 150 Watt, il suo consumo di O2 è uguale a 350 + 12 x 150 e cioè 2.150 ml\min.
Il test da sforzo al cicloergometro o al treadmill viene utilizzato per la diagnostica della cardiopa- tia ischemica, ma anche per la valutazione:
.della capacità funzionale dei soggetti sani,com-
presi gli atleti;
.della capacità funzionale dei pazienti con car-diopatia ischemica nota,come angina stabile,pre-gresso infarto del miocardio, oppure dei pazienti reduci da un intervento cardiochirurgico.
La prova ha una durata complessiva di circa 20 minuti e viene effettuata in ambienti adeguata-mente attrezzati per fronteggiare anche eventuali complicanze.Può deve
essere interrotta dal medi-co in qualsiasi momento se dovessero comparire segni o sintomi:esistono criteri clinici e strumen-tali di arresto standardizzati; la prova può essere interrotta anche
su richiesta del paziente.
Quando si usa il cicloergometro per la misurazio- ne della Potenza (rendimento = lavoro X tempo), si prevede l'utilizzazione dei freni.La forza frenan- te che si
oppone al movimento consente di misu-rare direttamente la Potenza resa dal paziente. I freni negli ergometri moderni sono ormai di tipo elettromagnetico. Il freno elettromagnetico si
ca-ratterizza per il fatto che mancano gli organi di attrito, nel senso che mentre la forza frenante del freno meccanico veniva variata con il variare della forza sul freno,nel freno
elettromagnetico la forza frenante è variata mutando la corrente di magne-tizzazione del campo polare di un elettromagnete rotante.
La quantità di ossigeno necessaria per un deter-minato rendimento può essere calcolata anche se in modo approssimativo con seguente formula:
VO2 (ml x min) = 350 (fabbisogno di O2 a riposo + 12 x Watt.
Esempio: un individuo che al test da sforzo arriva a 150 Watt, il suo consumo di O2 è uguale a 350 + 12 x 150 e cioè 2.150 ml\min.
Un altro ergometro che viene sempre più diffusamen-te utilizzato è il treadmill (tapis roulant,ergometro traspor-tatore,tappeto trasportatore).
Come nacque il treadmill?
Il principio del treadmill come fonte di energia ha origine che,secondo alcuni studiosi,risalgono a 4000 anni fa. Nell'antichità il lavoro muscolare degli esseri umani ve-niva sfruttato come quello degli animali per la produzione di energia, per il funzionamento di macchinari. Uno degli scopi per cui veniva maggiormente sfruttato il lavoro mu-scolare degli animale e dell'uomo era il trasporto di secchi d'acqua o per la macinatura del frumento. In pra-tica il lavoro degli animali, in particolare degli equini e dei buoi era preferito, ma spesso anche la forza dell'uomo, per mezzo di speciali treadmill, veniva utilizzata per per generare energia.
Nell'ottocento il treadmill fu per circa un secolo utilizzato nelle carceri inglesi ed americane come strumento di la-voro forzato per i prigionieri. Questo tipo di treadmill fu ideato da un ingegnere, Sir William Cubitt, figlio di un mugnaio. Egli ipotizzò che la forza muscolare dei prigio-nieri delle carceri poteva essere utilizzata per realizzare un lavoro utile.Ne fece installare un prototipo per la prima volta nella prigione Brixton di Londra. L'attrezzo era co-stituito da una serie di gradini mobili su cui i detenuti do-vevano camminare.I gradini erano incassati in una gran-de ruota, collegata ad una macchina sotterranea che ma-cinava il grano.Venivano impegnati molti detenuti con-temporaneamente, i quali erano obbligati a camminare per molte ore al giorno e tra l'altro erano separati l’uno dall’altro da pareti, in modo che non potessero nemmeno socializzare tra di loro.Lo scopo del treadmill aveva l'ap-parente scopo di tenere occupati i prigionieri, i quali do-vendo camminare per molte ore al giorno, potevano ri-manere lontani dalle preoccupazioni e dalla sedentarietà. Ma in realtà si trattava di un vero strumento di tortura,in quanto serviva in buona sostanza per macinare il grano.
Nel 1842, questo tipo di treadmill era diffuso in 109 pri-gioni delle 200 prigioni esistenti in Inghilterra, Galles e Scozia. Nel 1822, persino negli Stati Uniti di America fu adottato questo speciale treadmill e ne venne installato uno nella prigione della contea di Bellevue di New York.
Tra le vittime di questo attrezzo di tortura ci fu il poeta Oscar Wilde, che all'epoca venne processa-sato e imprigionato.
Con il passare del tempo, si comprese che questo stru-mento era in realtà uno strumento di tortura e nel 1898, una legge inglese ne proibì l’uso.
Il primo tapis roulant da utilizzare,non per punire i pri-gionieri, ma per l'allenamento fisico, quindi non più per produrre energia, fu costruito e brevettato nel 1917 da Claude Lauraine Lagen, di New York City. La "training machine", come veniva chiamata, era composta da una base rettangolare su cui erano montati dei rulli ricoperti da un nastro antiscivolo.
Nel 1968 il dottor Kenneth C. Cooper, medico della NASA pubblicò il libro destinato a diventare un best seller, in cui coniò il termine "aerobics". AEROBICA deriva da due parole greche: aer (aria) e bios (vita); si tratta, in pratica di un’attività fisica che, per essere effettuata, sfrutta l’ossigeno dell’aria. L’esercizio aerobico divenne popolare negli Stati Uniti per merito del dottor Kenneth C. Cooper; egli studiando gli astronauti, si accorse, che essi, all’inizio di ogni missione erano al massimo della forma fisica, ma atterrati manifestavano deficit muscolari e organici simili a quelli riscontrabili nei soggetti sedentari; e questo era dovuto all’ipoci-nesi e alla mancanza di gravità. Perciò elaborò, da studi eseguiti su centinaia di soggetti una pri-mitiva forma di attività aerobica: il Jogging.
Interessato agli studi di Cooper sull'attività aerobica, l'in-gegnere William Staub pensò di costruire un modello di tapis roulant che fosse alla portata di un largo numero di utenti. Fece conoscere a Cooper questo nuovo modello di tapis roulant e cominciò a commercializzarlo. Il suc-cesso fu così grande che ben presto l'ingegnere Staub lasciò la sua attività professionale per dedicarsi a tempo pieno al progetto dei tapis roulant.
Nel 2006, la celebre rivista "Runner's World" gli dedicò un articolo intitolato "Our favorite Things: 40 Years of Running Gear Innovation", in cui attribuiva a Staub il me-rito di aver creato le condizioni per correre in qualsiasi momento della giornata, con qualsiasi condizione mete-reologica.
L'intuizione principale di Staub è stata quella di aver tra-sformato un attrezzo usato fino ad allora in altri contesti in un attrezzo commerciale,da utilizzare a casa e tra l'al-tro accessibile a tutti. Oggi il tapis roulant è diffuso nelle palestre e cresce il numero di coloro che lo acquistano per utilizzarlo nel proprio domicilio.In risposta a questa domanda crescente, le aziende produttrici di prodotti elettromedicali hanno creato numerosi modelli di treadmill.
Nel secondo dopo guerra del secolo scorso, Robert A.Bruce,cardiologo statunitense,pensò di utilizzare questo attrezzo per configurare un pro-tocollo diagnostico in ambito cardiologico.
Il “Protocollo Bruce”prevedeva che il battito cardiaco,la pressione arteriosa,le funzioni respiratorie e l'elettrocar-cardiogramma del paziente,venissero monitorate durante e dopo l'esercizio svolto con il tapis roulant.
In seguito a questa sperimentazione, nel 1952 comparve il primo treadmill realizzato a scopi medici,impiegabile da qualsiasi paziente,a prescindere dalle condizioni fisiche, e questo era possibile grazie alla innovazione tecnologi-ca che consentiva di optare per differenti gradi di veocità e di inclinazioni del tappeto.
Il test da sforzo al treadmill viene utilizzato per la diagnostica della cardiopatia ischemica, ma anche per la valutazione della capacità funzionale dei soggetti sani,compresi gli atleti e dei pazienti con cardiopatia ischemica nota,come angina sta-bile,pregresso infarto del miocardio,oppure dei pazienti reduci da un intervento cardiochirurgico.
Il test al tapis roulant o test al treadmill (vedi im-magine) viene effettuato secondo uno dei tanti protocolli presenti in letteratura;il protocollo più co-munemente utilizzato è il protocollo di Bruce: velocità 1,7 miglia all'ora con una pendenza del 10%. Ogni 3 minuti la velocità e il grado aumentano fino a un massimo di 6,0 miglia all'ora e una pendenza del 22%. Il protocollo di Bruce modificato inizia alla stessa velocità del protocollo Bruce ma con una pendenza iniziale dello 0%.
Con il treadmill la forza muscolare è impiegata per spo-stare il corpo su un tapis roulant a velocità e inclinazione variabili.Il tappeto è appoggiato su 2 pulegge rotanti azio-nate da un motore elettrico con una velocità che può su-perare i 24 Km/h.Il piano del tappeto può subire uno spo-stamento angolare che varia rispetto al piano orizzontale da 0 a + 20-25%; l'inclinazione avviene per mezzo di una vite senza fine azionata mediante un motorino elettrico. La potenza sviluppata sull'ergometro è espressa dalla relazione:
P x S
W1 = ----------
Min
P = peso corporeo
S = spazio percorso
La potenza espressa nella relazione è quella dell' inclina- zione del tappeto = 0°. Se l'inclinazione del tappeto è di-versa da 0° la potenza è espressa dalla formula:
P x S x h
W1= ----------------
Min
h è l' inclinazione del tapis rispetto al piano orizzontale.
La quantità di ossigeno necessaria per un determinato rendimento può essere valutata con il seguente mono- gramma dove il VO2 max viene calcolato dai minuti di esercizio effettuato con il treadmill e con il protocollo di Bruce.
Foster et Al (AM Heart J.1984,107:1229-1234) hanno sviluppato una formula che vale sia per il protocollo di Bruce che il protocollo di Naughton*:
VO2 max (ml x (min x Kg) -1 = 1,61 x tempo al tread-mill (min ) + 3,60.
Esempio: un individuo che al test da sforzo cammina per 15 min, il suo consumo di O2 è uguale a 1,61 x 15 + 3,60 = 27,75 .
Per la determinazione della capacità aerobica so- no stati preparati dei nomogrammi, i quali, dai ri- sultati dei test e dai protocolli utilizzati, possono mostrare i valori di VO2 max che corrispondono alle varie classi funzionali.
*Il protocollo di Naughton comincia con un riscalda-mento di 2 minuti. La velocità è impostata su 1 km/h e la pendenza è impostata su 0. Dopo il riscaldamento, la ve-locità è impostata a 2 km/h e non cambia per il resto della prova. Il test è costituito da 6, intervalli di 2 minuti. Il grado inizia a 0 per il primo intervallo e aumenta del 3,5% ogni 2 minuti.
Una volta completato il test da sforzo è previsto un periodo di defaticamento obbligatorio,il cosiddetto "Recu-pero".I pazienti vengono in genere monitorati per 6-8 mi-nuti dopo il completamento del test,ma il monitoraggio può essere prolungato se la pressione sanguigna, la fre-quenza cardiaca o il segmento ST non si siano norma-lizzati o se il paziente è ancora sintomatico.
Nonostante vi siano numerosi test diagnostici car- diovascolari,il test da sforzo è il test diagnostico più diffusamente utilizzato.
Questo perchè è il meno costoso e di più facile e-secuzione.
Per l'interpretazione devono essere valutati alcuni parametri che sono assai importanti per la dia-gnostistica, come le modificazioni dell'ECG durante lo stress; essi compaiono quando c'è uno squilibrio tra la domanda e l'offerta di ossigeno miocardico a livelli cre-scenti di stress.In pratica in caso di ischemia la produ-zione di ATP viene ridotta e la produzione di lattato au-menta, condizioni che influenzano in buona sostanza le proprietà elettriche del miocardio, che possono essere ri-levate sull'ECG di superficie.
Il sottolivellamento del tratto S-T, insieme alla durata dell'esercizio sono i due marcatori prognostici più po-tenti.
I pazienti che riescono a raggiungere il 3°stadio del pro-tocollo di Bruce con depressione < 1mm del tratto S-T hanno un tasso di mortalità annuale di < 1%.
Al contrario, i pazienti con depressione S-T≥1 mm che non sono in grado di completare il 1°stadio del protocol-lo di Bruce hanno un tasso di mortalità annuale del 5%. (CASS-JACC 2009).
Il sottoslivellamento del tratto S-T che compare durante lo sforzo è dunque in relazione ad una ischemia sottoendocardica,salvo i casi in cui viene registrato nelle derivazioni inferiori cioè D2 e aVF, dove potrebbe essere in relazione alla depolariz-zazione atriale, la quale inizia nel tratto P-R e si può estendere fino all'inizio del tratto S-T.
Un altro importante parametro è la capacità funzionale, cioè la quantità di esercizio fisico che un paziente può sostenere;essa usualmente può essere espressa in METS.
I pazienti che raggiungono ≥ 10 METs hanno una preva-lenza molto bassa di ischemia inducibile e una prognosi eccellente.
Un altro parametro importante è l'incompetenza cronotro-pa, cioè il mancato raggiungimento dell'85% della fre-quenza cardiaca massima prevista (<62% se in tratta-mento con beta-bloccanti).
Il Recupero della frequenza cardiaca entro 1 e 3 min dopo il test da sforzo,è modulato dal sistema nervo-so autonomo. Come marker di disfunzione autonomica cardiovascolare, anch'esso predice la mortalità per tutte le cause e gli eventi cardiovascolari, inclusa la morte im-provvisa sia nei soggetti sani che nei cardiopatici.
I pazienti diabetici presentano spesso sintomi atipici e u-na elevata prevalenza di ischemia silente negli asintoma-tici.
Quando l'S-T è sopraslivellato esso è in relazione ad una grave ischemia transmurale come risultato di importanti anomalie motorie della parete ven-tricolare che provocano uno spostamento del vet- tore in direzione della parete che si muove in mo- do anormale. Anche le aree discinetiche nei pa- zienti con pregresso infarto del miocardio (pre-senza di onde Q) possono determinare un sopra-slivellamento del tratto S-T. Bisogna però dire che in presenza di un'onda Q, un sopraslivellamento può indicare sia un'ischemia che una discinesia o entrambe le condizioni. In sintesi in assenza di un'onda Q, un sopraslivellamento indica sicura-mente un'ischemia grave da lesione critica delle coronarie o da uno spasmo di esse. Vedi "Pratica Riabili-tativa in Medicina Interna" di G.Borrello, Minerva Medica Torino 1988.
