Laboratorio per l'Analisi e Modellizzazione della Variabilità Cardiorespiratoria

Più della metà dei pazienti con scompenso cardiaco cronico è affetto durante il sonno da una marcata variabilità respiratoria caratterizzata dal ripetersi ciclico di fasi di iperpnea che si alternano a cessazione (apnea) o forte riduzione della ventilazione (ipopnea). Il fenomeno è noto comunemente come “respiro periodico” ed è accompagnato dalla comparsa ciclica di ipossia e ipercapnia. Nella maggioranza dei pazienti, l’origine del disturbo respiratorio è centrale ed il tipico pattern di crescendo-decrescendo della ventilazione che lo caratterizza è chiamato respiro di Cheyne-Stokes. Nei rimanenti pazienti, esso è invece dovuto al collasso totale o parziale delle vie aeree superiori (sindrome delle apnee ostruttive del sonno – OSAS). I meccanismi fisiopatologici del respiro periodico sono complessi e multifattoriali.

Per quanto riguarda il respiro di Cheyne-Stokes, l’ipotesi più accreditata è che esso derivi dall’instabilità del sistema di controllo chemorecettoriale della ventilazione. La stessa instabilità è anche ritenuta essere uno dei fattori fisiopatologici importanti che contribuiscono al sorgere delle apnee/ipopnee ostruttive. Un contributo cruciale alla comprensione del complesso fenomeno dell’instabilità respiratoria è stato dato negli ultimi decenni dall’uso di modelli matematici e simulazioni al computer del sistema di controllo respiratorio. Questi modelli e simulazioni sono studiati e utilizzati nel nostro laboratorio. Inoltre, poiché l’alterazione della sensibilità chemorecettoriale frequente nei pazienti scompensati contribuisce a instabilizzare il sistema di controllo respiratorio, nel nostro laboratorio è stato implementato un sistema computerizzato per la misura del chemoriflesso.

     Il respiro periodico è spesso accompagnato da molteplici, transitori passaggi dallo stato di sonno a quello di veglia (arousal). È stato ipotizzato che queste fluttuazioni sonno-veglia contribuiscano a promuovere, sostenere ed esacerbare l’oscillazione ventilatoria, generando così una interazione sinergica. Al fine di identificare quei pazienti che sono più vulnerabili a questo fenomeno, il nostro laboratorio si occupa dello sviluppo di metodologie digitali per l’analisi microstrutturale del segnale elettroencefalografico durante sonno e per lo studio della correlazione tra fluttuazioni sonno-veglia ed eventi respiratori.

     Il nostro laboratorio si occupa anche dello sviluppo di metodologie per l’analisi computerizzata della variabilità spontanea battito-battito della pressione arteriosa e della frequenza cardiaca in soggetti con patologie cardiovascolari. Tale analisi consente di ottenere informazioni rilevanti in merito al controllo autonomico cardiovascolare utilizzando tecniche non invasive. Poiché questo controllo viene alterato dalla presenza di respiro periodico, le metodologie di analisi della variabilità cardiovascolare vengono applicate anche in tale ambito.

Elenco delle attività di ricerca:

Il laboratorio sviluppa, valida e applica metodologie per: i) l’identificazione delle cause fisiopatologiche individuali dei disturbi respiratori sonno-relati; ii) la valutazione non invasiva delle alterazioni del controllo autonomico cardiovascolare; iii) la valutazione dell’impatto dei disturbi respiratori sonno-relati sul controllo autonomico cardiovascolare.

Elenco delle ricerche in corso:

• Confronto di metodologie diverse per la valutazione non invasiva delle alterazioni del controllo autonomico cardiovascolare;
• Caratterizzazione dell’instabilità sonno-veglia e valutazione del suo impatto sulla ventilazione durante respiro di Cheyne-Stokes;
• Studio dei meccanismi della dipendenza posturale del respiro di Cheyne-Stokes;
• Effetti cronotropici cardiaci del respiro periodico. Tutte queste ricerche sono attualmente focalizzate sui pazienti con scompenso cardiaco cronico.

Elenco delle ricerche in programmazione:

Estensione delle ricerche in corso ai pazienti della popolazione generale con apnee/ipopnee ostruttive sonno-relate.

Pubblicazioni:

• Maestri R, La Rovere MT, Raczak G, Danilowicz-Szymanowicz L, Pinna GD. Estimation of baroreflex sensitivity by the bivariate phase rectified signal averaging method: a comparison with the phenylephrine method. Physiol Meas. 2017; 38(10):1874-1884.
• Pinna GD, Porta A, Maestri R, De Maria B, Dalla Vecchia LA, La Rovere MT. Different estimation methods of spontaneous baroreflex sensitivity have different predictive value in heart failure patients. J Hypertens. 2017; 35(8):1666-1675.
• Traversi E, Rossi D, Maestri R, Olmetti F, La Rovere MT, Pinna GD. The reduction of central sleep apnoea severity in the left lateral position is not due to an improvement in cardiac haemodynamics inpatients with chronic heart failure. Sleep Med. 2017; 34:30-32.