VELOCIMETRIA DOPPLER IN MEDICINA FETALE

E' auspicabile l'ingresso nella routine ostetrica dello studio velocimetrico per mezzo dell'ultrasuonografia Doppler, metodica per mezzo della quale è possibile misurare la velocità del flusso sanguigno nei vasi fetali. Il compito della flussimetria Doppler è quello di identificare i casi di ritardo di crescita in cui sia presente una condizione di ipossiemia poichè il management di una gravidanza complicata da IUGR risulta essere diametralmente opposto a seconda della presenza o meno di questa complicanza. L’accuratezza dello studio dell’emodinamica feto-placentare nel predire un distress fetale aumenta proporzionalmente alla severità del reperto riscontrato, e da la possibilità di quantificare il rischio di comparsa di distress fetale e quindi la possibilità di modulare l’approccio clinico in base al rischio stesso. In caso di ipossia, infatti, nel circolo fetale si ha una riduzione delle resistenze a livello dei distretti coronarico e cerebrale (cui corrisponde un aumento della velocità del flusso ematico), mentre si ha vasocostrizione in quello splancnico, polmonare e cutaneo (Brain sparing effect). Nel 20-30% dei casi di IUGR è presente una condizione riconducibile ad un’alterazione degli scambi materno-fetali a livello placentare dal quale deriva il rischio di comparsa di ipossiemia fetale. Mediante la flussimetria Doppler è possibile evidenziare queste modificazioni caratterizzate, in caso di ipossiemia cronica, da un aumento del valore degli indici angolo-indipendenti a livello dell’aorta toracica discendente e dell’arteria ombelicale e da un calo a livello delle arterie carotidi interne e cerebrali medie. Le variazioni emodinamiche a livello del circolo cerebrale e dell’aorta sono espressione diretta dell’adattamento fetale e vengono controllate dal feto, mentre le variazioni a livello ombelicale sono indipendenti dalle regolazioni fetali. L’aumento delle resistenze a livello aortico è determinato dalla vasocostrizione che si avviene a livello dei vasi splancnici e somatici mentre le variazioni a livello cerebrale sono determinate dalla vasodilatazione che avviene a questo livello e rappresentano l’adattamento fetale all’ipossia. L’aumento delle resistenze ombelicali è determinato dalla patologica riduzione del letto vascolare placentare e quindi identifica la riduzione della compliance vascolare e quindi il danno placentare, cioè la causa di restrizione della crescita e della condizione di ipossiemia. La Velocimetria Doppler, quindi, potrebbe giocare un ruolo determinante nella prevenzione del danno neurologico perinatale, infatti le alterazioni del flusso ematico precedono di alcune settimane i segni biofisici di sofferenza fetale, quando cioè, grazie ai meccanismi omeostatici, il danno non è ancora avvenuto. La flussimetria Doppler è utile nelle gravidanze complicate da IUGR ed in genere in tutti i casi di aumentato rischio ipossico (diabete, ipertensione, gemellarità, etc.). In base al risultato dell’esame Doppler possono essere identificate quattro classi flussimetriche: 1) flussimetria normale; 2) valore dell’indice angolo indipendente utilizzato maggiore della seconda deviazione standard solo in aorta; 3) flussimetria alterata sia in aorta che in arteria ombelicale; 4) presenza di ARED (absent or reverse end diastolic) flow in aorta e/o in arteria ombelicale. Quest’ultima classe flussimetria rappresenta l’estremo tentativo di adattamento emodinamico alla condizione ipossiemica. Le onde ultrasonore emesse da un trasduttore, con una  data energia, vengono riflesse dagli organi interni con una variazione di energia che è proporzionale alla impedenza acustica dell'organo stesso. Quando le onde ultrasonore incontrano una superficie in movimento vengono riflesse con una variazione di frequenza che è proporzionale alla velocità della superficie stessa (Effetto Doppler). Le superfici di cui si analizza la velocità sono quelle delle cellule ematiche che scorrono all'interno dei vasi sanguigni. La frequenza dell'onda riflessa è maggiore rispetto a quella emessa se il movimento del sangue all'interno del vaso è diretto verso il trasduttore; è minore se il movimento è contrario. Sia le frequenze emesse dal trasduttore sia quelle riflesse dalle cellule ematiche sono nell'ambito dell'ultrasonoro, e quindi non udibili; la loro differenza, al contrario, è nell'ordine dei Khz, cioè nell'ambito dell'udibile dall'orecchio umano. La variazione di frequenza delle onde emesse dal trasduttore e che vengono riflesse dalle cellule ematiche viene definita Doppler shift: f= 2fv x cos/C, dove f è la frequenza di emissione degli ultrasuoni, v è la velocità delle cellule ematiche all'interno dei vasi, è l'angolo composto dalla direzione degli ultrasuoni e dall'asse del vaso sanguigno analizzato, C è la costante di propagazione degli ultrasuoni nei tessuti (1540 m/sec). Essendo f e C delle costanti la conoscenza dell'angolo di incidenza degli ultrasuoni rispetto all'asse del vaso sanguigno campionato, permette di risalire a v, cioè la velocità del sangue nel vaso. Se l'angolo è 90º il cos è zero, quindi non si ha Doppler shift; se, invece, l'angolo è 0º il cos è uno, quindi si ottiene il massimo Doppler shift. Si deduce che quanto minore è l'angolo di incidenza degli ultrasuoni, rispetto al vaso campionato, tanto maggiore è il Doppler shift. La sequenza dei doppler shift vengono tradotti istantaneamente in una serie di punti che vengono inseriti in un sistema di assi cartesiani, che presenta la velocità in ordinata e il tempo in ascissa, grazie all'analisi spettrale per mezzo della Trasformata Rapida di Fourier (F.F.T.) operata dal software: v= fxC/2f x cos. L'onda velocimetrica così costituita ha una morfologia che è correlata alle condizioni emodinamiche del circolo feto-placentare. Inserendo anche il diametro o l'area di sezione del vaso stesso (volume campione) è possibile misurare la portata del vaso sulla base della semplice equazione: portata= v media x area di sezione. I problemi sono legati alla complessità dei flussi all'interno dei vasi (tortuosità, turbolenze, pulsatilità, elasticità parietale, viscosità ematica), agli errori di misurazione dell'angolo di incidenza del fascio ultrasonoro rispetto all'asse del vaso e del calibro (e quindi dell'area) del vaso stesso. Un errore di 5º nella misurazione di un angolo di 60º causa un'errore di calcolo di circa il 20%; un errore di 1 millimetro nella misurazione di un diametro di 10 millimetri causa un errore di calcolo di portata di circa il 20%: tali errori possono, inoltre, sommarsi. Le valutazioni della velocita' di flusso sono passibili, invece, del solo errore di valutazione dell'angolo tra fascio di ultrasuoni ed asse del vaso. Per lo studio dell'onda velocimetrica si fa un'analisi per mezzo di determinati indici, fra cui i più usati sono: il rapporto velocità sistolica-velocità/diastolica (S/D), l'indice di resistenza (R.I., cioè S-D/S), e l'indice di pulsatilità (P.I., cioè S-D/M dove M è la velocità media). In caso di patologia la velocità diastolica diminuisce marcatamente, S/D diviene ed R.I. diviene 1, per cui l'unico indice che ci consente di misurare la velocità ematica in tutte le condizioni è l'indice di pulsatilità. Sia R.I. che P.I. sono misurati automaticamente dal software. La massima velocità sistolica (corrispondente al punto più alto dell'onda velocimetrica) dipende soprattutto dalla forza contrattile del miocardio e dalla distanza del vaso esaminato dal cuore fetale. La minima velocità diastolica (corrispondente al punto più basso dell'onda velocimetrica) dipende soprattutto dalle resistenze a valle del vaso esaminato. La fase di accelerazione dell'onda velocimetrica dipende: 1) dal gradiente pressorio generato dalla forza contrattile del miocardio, 2) dalla densità del sangue (corpuscolarità), 3) dalla elasticità delle pareti vasali. Il Doppler pulsato è costituito da un unico trasduttore che invia e riceve sequenze di ultrasuoni. Lo spettro Doppler è costituito da un'insieme di molte e diverse frequenze corrispondenti alle diverse velocità dei globuli rossi all'interno del volume campione (maggiore al centro e minore alla periferia del vaso). L'analisi della larghezza dello spettro consente di differenziare i flussi laminari dai turbolenti, infatti, nei vasi normali a pareti regolari la maggiore o minore larghezza dello spettro è soprattutto legata al calibro del vaso stesso; uno spettro di frequenze stretto è espressione di globuli rossi che viaggiano quasi tutti alla stessa velocità. La valutazione corretta di alte velocità di flusso deve essere effettuata con sonde a frequenza relativamente bassa, in modo da evitare artefatti da aliasing. I vasi sottili, con piccole quantità di flusso sono meglio valutabili con alte frequenze, in quanto l'ampiezza degli echi riflessi dalle cellule ematiche nei vasi aumenta con l'aumentare della frequenza. Tutte le strutture in movimento presenti all'interno del volume campione danno origine a segnali Doppler (pareti vasali e strutture ad esse adiacenti). Questi segnali possono essere eliminati con i cosiddetti filtri parete che eliminano le basse frequenze. Il filtro parete (o passa-banda) elimina le oscillazioni delle pareti del vaso. E' necessario usare angoli <60º, in quanto il coseno si avvicina a zero, cosicchè piccoli errori nella stima dell'angolo comportano grandi errori nella determinazione del flusso. Per poter localizzare correttamente nel tempo, e quindi nello spazio, i diversi echi ricevuti è necessario, nel Doppler pulsato, attendere un determinato tempo prima di riemettere un'altro treno di onde, pertanto la frequenza di ripetizione dell'impulso (P.R.F.) è in funzione della profondità di esplorazione prescelta. Tanto maggiore è il numero degli impulsi (e quindi la P.R.F.), tanto più ravvicinate sono le misurazioni effettuate sulle onde analizzate e, quindi, tanto più alta è la frequenza massima misurabile. Il Teorema di Shannon dice che la frequenza massima misurabile è metà della P.R.F. (f= P.R.F./2). Questa frequenza massima viene detta anche "Limite di Nyquist"; se la velocità del sangue all'interno del vaso esplorato è maggiore di questo limite si ha l'insorgenza del fenomeno dell'aliasing (le frequenze del picco sistolico vengono erroneamente rappresentate sotto la linea di base), con la visualizzazione di un flusso lento e retrogrado. Il limite di Nyquist P.R.F./2 = 2v x fi x cos/C. La velocità massima misurabile è direttamente proporzionale alla P.R.F. ed indirettamente correlata alla frequenza incidente ed al coseno dell'angolo (v max = C x P.R.F./4 fi cos). Per ovviare al fenomeno dell'aliasing, quindi, si può: 1) aumentare la P.R.F. (ma è correlata alla profondità di esplorazione); 2) diminuire la fi; 3) aumentare l'angolo di incidenza, non superando 60º (per ridurre il coseno di ); 4) abbassare la linea di base dell'analizzatore di spettro rendendo così tutto lo schermo disponibile alla rappresentazione delle alte frequenze incontrate (ma si impedisce la rappresentazione simultanea di eventuali flussi retrogradi associati). Il colore è una mappa delle velocità e ci da indicazioni anatomiche, di direzione e di velocità. Il Color Doppler utilizza un sistema di volumi campione multipli. Il flusso che va verso la sonda è rappresentato in rosso ed in alto rispetto alla base-line. Di tutti i distretti vasali indagati, quello che attualmente sembra essere dotato di una buona riproducibilità e correlazione con le condizioni emodinamiche del circolo feto-placentare, sono le arterie ombelicali. In condizioni di normalità emodinamica nel 2° trimestre le onde velocimetriche sono caratterizzate da una spiccata pulsatilità e velocità diastoliche basse o assenti. Con il progredire della gravidanza la velocità diastolica aumenta progressivamente a causa della cosiddetta placentazione, per cui i villi si ramificano in villi di 2° e di 3° ordine, e l'invasione trofoblastica interessa sempre più in profondità i segmenti miometrali con una maggiore distruzione della componente muscolo-elastica e sfiancamento del lume delle arterie spirali. Questo processo causa una espansione del circolo vascolare feto-placentare ed una riduzione delle resistenze. Tale processo si ritiene prevalente a 16-18 settimane gestazionali e si completa attorno alla 20ª-24ª settimana gestazionale. In condizioni patologiche, a volte, tale processo risulta essere deficitario ed associato a fenomeni di aterosi, stenosi arteriolare ed infarti placentari; ne consegue una deficitaria caduta delle resistenze arteriose, ed una maggiore sensibilità alle sostanze vasoattive, con conseguente riduzione del flusso ematico, degli scambi utero-placentari ed ipossia. In questi casi con la velocimetria è possibile rilevare un deficitario aumento della velocità diastolica del sangue nei vasi fetali nel corso della gravidanza. La mortalità perinatale è molta alta nei casi caratterizzati da reverse flow. La presenza di un flusso diastolico retrogrado in arteria ombelicale identifica un gruppo di feti con una condizione di ipossiemia cronica di gravità estrema.