Cardiac Output — Fick Principle
CO = VO₂ ÷ (CaO₂ − CvO₂) ÷ 10. O₂ content in vol%, VO₂ in mL/min.
Cos'è Cardiac Output (Fick Method)?
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La gittata cardiaca (CO) misurata secondo il principio di Fick è il metodo invasivo gold standard per quantificare la quantità di sangue pompata dal cuore al minuto. Adolph Fick propose nel 1870 che il consumo di ossigeno fosse uguale al prodotto del flusso sanguigno per la differenza del contenuto di ossigeno artero-venoso: un’idea apparentemente semplice che rimane lo standard di riferimento rispetto al quale vengono convalidate tutte le altre tecniche di misurazione della CO. Nella pratica clinica il metodo Fick viene eseguito durante il cateterismo del cuore destro: un catetere dell'arteria polmonare campiona il sangue venoso misto dall'arteria polmonare mentre il sangue arterioso viene prelevato simultaneamente e il consumo di ossigeno viene misurato dal carrello metabolico (Fick diretto) o stimato da un nomogramma (presunto Fick). La gittata cardiaca viene quindi espressa in litri al minuto, con un range normale di 4-8 L/min negli adulti a riposo. Poiché il CO varia con la dimensione corporea, per i confronti tra pazienti è preferibile l'indice cardiaco (CI = CO/BSA), con un CI normale di 2,5–4,0 L/min/m². Gli stati di bassa CO – shock cardiogeno, insufficienza cardiaca grave, tamponamento cardiaco – vengono riconosciuti quando l'IC scende al di sotto di 2,2 L/min/m². Stati ad alto rendimento, tra cui sepsi, anemia, tireotossicosi e insufficienza epatica, possono spingere la CO oltre gli 8 L/min. Il principio Fick è anche alla base dei calcoli del flusso sanguigno polmonare nelle cardiopatie congenite, dove gli shunt da sinistra a destra vengono quantificati come il rapporto Qp/Qs utilizzando la saturazione di ossigeno da più camere.
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Formula
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CO (l/min) = VO2 (ml/min) / ([CaO2 - CvO2] x 10). Questa formula calcola il valore della gittata cardiaca mettendo in relazione le variabili di input attraverso la loro relazione matematica. Ciascun componente rappresenta una quantità misurabile che può essere verificata in modo indipendente.Leggenda delle variabili
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| Simbolo | Nome | Unità | Descrizione |
|---|---|---|---|
| CO | Gittata cardiaca | L/min | Volume di sangue espulso dal cuore al minuto; normale 4–8 L/min a riposo |
| VO2 | Consumo di ossigeno | mL/min | Consumo totale di ossigeno corporeo al minuto; normale 200–300 ml/min a riposo; misurato direttamente o stimato a 125 ml/min/m2 x BSA |
| CaO2 | Contenuto di ossigeno arterioso | mL/dL | Ossigeno trasportato nel sangue arterioso: (Hb x 1,34 x SaO2) + (0,0031 x PaO2); normale ~20 ml/dl |
| CvO2 | Contenuto di ossigeno venoso misto | mL/dL | Ossigeno rimasto nel sangue dell'arteria polmonare (venoso misto); normale ~15 ml/dl; campionato dal catetere PA |
| CI | Indice cardiaco | L/min/m2 | CO normalizzata rispetto alla superficie corporea; normale 2,5–4,0 L/min/m2; <2.2 definisce la compromissione emodinamica |
| BSA | Area della superficie corporea | m2 | Calcolato con la formula di DuBois o di Mosteller; utilizzato per normalizzare la CO in base alle dimensioni del paziente |
Come Cardiac Output (Fick Method)
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- 1Misurare o stimare il consumo di ossigeno (VO2): la misurazione diretta tramite carrello metabolico è la più accurata; si presuppone che Fick utilizzi 125 ml/min/m2 x BSA come stima.
- 2Contenuto di ossigeno arterioso del campione (CaO2): CaO2 = (Hb x 1,34 x SaO2) + (0,0031 x PaO2), tipicamente 18–20 ml/dL negli adulti sani.
- 3Campione del contenuto di ossigeno venoso misto (CvO2) dall'arteria polmonare: CvO2 = (Hb x 1,34 x SvO2) + (0,0031 x PvO2), normalmente 13–15 mL/dL.
- 4Calcolare la differenza del contenuto di ossigeno arterovenoso (CaO2 - CvO2), normalmente 4–6 mL/dL; una differenza più ampia indica un rendimento basso.
- 5Applicare l'equazione di Fick: CO = VO2 / (CaO2 - CvO2) x 10 — il fattore 10 converte dL in mL (poiché VO2 è in mL/min e il contenuto è in mL/dL).
- 6Calcolare l'indice cardiaco: CI = CO / BSA (BSA di DuBois: 0,007184 x altezza (cm) ^ 0,725 x peso (kg) ^ 0,425); CI < 2,2 L/min/m2 definisce uno stato di uscita bassa.
- 7Interpretare nel contesto: la sola CO non è sufficiente; confrontare con pressioni di riempimento (PCWP), SVR e saturazione venosa mista (ScvO2 o SvO2) per un profilo emodinamico completo.
Esempi risolti
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CO normale; CI circa 2,7 L/min/m2 per una BSA media per adulti di 1,85 m2
La differenza artero-venosa di 5 ml/dl rientra nell'intervallo normale. Il cuore fornisce ossigeno adeguato ai tessuti.
CO gravemente ridotta. CI circa 1,1 L/min/m2: shock cardiogeno profondo che richiede un intervento urgente.
L'ampia differenza AV (10 ml/dL) riflette la massima estrazione di ossigeno da parte dei tessuti che compensano la bassa erogazione. Classico nell'infarto miocardico acuto con guasto della pompa.
Stato ad alto rendimento con stretta differenza AV – tipico dello shock distributivo (sepsi, anafilassi).
La vasodilatazione periferica riduce l’efficienza di estrazione dell’ossigeno, producendo una stretta differenza artero-venosa nonostante l’elevata CO.
Il rapporto di shunt > 1,5 generalmente richiede una riparazione in caso di ASD/VSD.
Il principio Fick applicato sia alla circolazione polmonare che a quella sistemica consente la quantificazione degli shunt intracardiaci senza contrasto.
Applicazioni pratiche
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Valutazione emodinamica durante il cateterismo del cuore destro per insufficienza cardiaca, ipertensione polmonare e diagnosi di malattia valvolare. Questa applicazione è comunemente utilizzata dai professionisti che necessitano di analisi quantitative precise per supportare il processo decisionale, il budget e la pianificazione strategica nei rispettivi campi
Guida della terapia vasopressoria, inotropa e di supporto circolatorio meccanico nello shock cardiogeno in terapia intensiva cardiaca. Gli operatori del settore si affidano a questo calcolo per valutare le prestazioni, confrontare le alternative e garantire la conformità agli standard stabiliti e ai requisiti normativi
Quantificazione degli shunt intracardiaci (Qp/Qs) nella cardiopatia congenita dell'adulto prima dell'intervento. Ricercatori accademici e studenti utilizzano questo calcolo per convalidare modelli teorici, completare i compiti dei corsi e sviluppare una comprensione più profonda dei principi matematici sottostanti
Stratificazione del rischio preoperatorio e monitoraggio postoperatorio dopo intervento di cardiochirurgia. Gli analisti e i pianificatori finanziari incorporano questo calcolo nel loro flusso di lavoro per produrre previsioni accurate, valutare scenari di rischio e presentare raccomandazioni basate sui dati alle parti interessate
Valutazione della candidabilità al trapianto cardiaco e tempistica delle terapie avanzate per lo scompenso cardiaco (LVAD, trapianto). Questa applicazione è comunemente utilizzata dai professionisti che necessitano di analisi quantitative precise per supportare il processo decisionale, il budget e la pianificazione strategica nei rispettivi campi
Casi speciali
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Rigurgito tricuspide
{'title': 'Rigurgito tricuspide', 'body': 'Una grave TR provoca il ricircolo del sangue nel cuore destro, producendo saturazioni venose miste falsamente elevate nel campione dell'arteria polmonare. Fick CO sarà sovrastimato. Anche la termodiluizione della CO è inaffidabile nella TR grave. Il contesto clinico e i dati ecocardiografici diventano essenziali.'} Quando si riscontra questo scenario nei calcoli della gittata cardiaca, gli utenti devono verificare che i valori di input rientrino nell'intervallo previsto affinché la formula produca risultati significativi. Gli input fuori range possono portare a output matematicamente validi ma praticamente privi di significato che non riflettono le condizioni del mondo reale.
Shunt intracardiaci da sinistra a destra
{'title': 'Shunt intracardiaci da sinistra a destra', 'corpo': "Nell'ASD o nel VSD, il sangue ossigenato dal cuore sinistro entra nel cuore destro, aumentando la saturazione venosa mista. Un 'incremento' di >7% di saturazione di O2 tra la SVC e l'arteria polmonare suggerisce uno shunt da sinistra a destra. In questi casi, la CO Fick sistemica e polmonare viene calcolata separatamente e il rapporto Qp/Qs quantifica l'entità dello shunt."}
Anemia
Nell'anemia (Hb 7 g/dL), la capacità di trasporto di O2 è dimezzata; la stessa CO fornisce molto meno ossigeno. L'apporto di ossigeno (DO2 = CO x CaO2 x 10) e il consumo di ossigeno insieme caratterizzano meglio l'ossigenazione dei tessuti rispetto alla sola CO.'} Nel contesto della gittata cardiaca, questo caso speciale richiede un'attenta interpretazione perché le ipotesi standard potrebbero non reggere. Gli utenti dovrebbero fare riferimenti incrociati ai risultati con esperti del settore e prendere in considerazione la consultazione di riferimenti o strumenti aggiuntivi per convalidare l'output in queste condizioni atipiche.
Presunto errore Fick nell'obesità
{'title': 'Assumed Fick Error in Obesity', 'body': 'La stima standard del VO2 (125 mL/min/m2 x BSA) sottostima il vero VO2 nei pazienti obesi perché il tessuto adiposo è metabolicamente meno attivo per unità di superficie. L'utilizzo di un VO2 presunto non corretto sovrastima il CO. La misurazione metabolica diretta è fortemente preferita nei pazienti con BMI > 35.'}
Pazienti pacemaker-dipendenti
{'title': 'Pazienti pacemaker', 'body': 'Nei pazienti con blocco cardiaco completo durante la stimolazione ventricolare, la CO può variare con la sincronia AV raggiunta. La CO Fick misurata durante la stimolazione esclusivamente ventricolare può sottostimare il beneficio emodinamico derivante dal ripristino della sincronia AV. La misurazione deve essere effettuata nella modalità di stimolazione target.'} Questo caso limite si verifica frequentemente nelle applicazioni professionali della gittata cardiaca in cui sono coinvolte condizioni limite o valori estremi. I professionisti dovrebbero documentare quando si verifica questa situazione e considerare se metodi di calcolo alternativi o fattori di aggiustamento siano più appropriati per il loro caso d'uso specifico.
Classificazione emodinamica mediante indice cardiaco e PCWP (Forrester-Diamond)
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| Profilo | CI (l/min/m2) | PCWP (mmHg) | Quadro clinico | Intervento |
|---|---|---|---|---|
| Normale | >2.2 | <18 | Euvolemico, compensato | Ottimizzare la terapia ambulatoriale |
| Bagnato e caldo (congestionato) | >2.2 | >18 | Sovraccarico di liquidi, produzione preservata | Diuresi, vasodilatatori |
| Freddo e secco (volume basso) | <2.2 | <18 | Ipovolemia o insufficienza del ventricolo destro | Sfida fluida prudente |
| Freddo e umido (shock) | <2.2 | >18 | Shock cardiogeno | Inotropi, supporto meccanico |
| Alto rendimento | >8.0 | variabile | Sepsi, tireotossicosi, anemia | Trattare la causa sottostante |
Domande frequenti
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Cos'è il principio di Fick e perché viene utilizzato per la gittata cardiaca?
Il principio di Fick afferma che la quantità di una sostanza assorbita o rilasciata da un organo è pari al flusso sanguigno attraverso quell'organo moltiplicato per la differenza di concentrazione di quella sostanza tra sangue arterioso e venoso. L'ossigeno è il marcatore ideale perché viene consumato in modo prevedibile dall'organismo, consentendo il calcolo preciso della gittata cardiaca dal VO2 e della differenza nel contenuto di ossigeno artero-venoso.
Qual è la differenza tra Fick diretto e Fick presunto?
Fick diretto misura il VO2 con precisione utilizzando un carrello metabolico (analisi dei gas scaduti), fornendo il CO più accurato. Fick presunto stima il VO2 da una formula (comunemente 125 ml/min/m2 x BSA o 3 ml/kg/min), introducendo un errore fino al 25%. Si presuppone che Fick venga utilizzato quando un carrello metabolico non è disponibile, ma i risultati devono essere interpretati tenendo presente questa limitazione.
Cos’è un indice cardiaco normale e perché è preferito alla gittata cardiaca?
L'indice cardiaco normale (CI) è 2,5–4,0 L/min/m2. L'IC è preferito perché normalizza la CO per le dimensioni corporee, rendendo significativi i confronti tra pazienti di diversa statura. Una CO di 4 L/min può essere normale in una donna piccola ma inadeguata per un uomo grande. Un CI < 2,2 L/min/m2 definisce un compromesso emodinamico indipendentemente dalle dimensioni corporee.
Perché la formula si moltiplica per 10?
Il VO2 è espresso in ml/min mentre CaO2 e CvO2 sono espressi in ml/dL (ml per 100 ml di sangue). Dividendo mL/min per mL/dL si ottiene dL/min. Moltiplicando per 10 converte dL/min in mL/min... aspetta: converte il CO da dL/min a L/min perché 10 dL = 1 L. Questa riconciliazione delle unità è essenziale per un calcolo corretto.
Cosa indica un’ampia differenza di ossigeno artero-venoso?
Un'ampia differenza AV O2 (>6 ml/dl) indica che i tessuti stanno estraendo una frazione insolitamente elevata di ossigeno erogato, che è una risposta compensatoria alla ridotta gittata cardiaca. Questa è l’impronta emodinamica dello shock cardiogeno o dell’insufficienza cardiaca a bassa gittata. Al contrario, una stretta differenza AV suggerisce un elevato CO (sepsi) o un ridotto utilizzo di ossigeno a livello cellulare.
Il principio Fick può essere utilizzato in pazienti con rigurgito valvolare significativo?
Fick CO rappresenta la gittata cardiaca netta diretta (il sangue effettivamente erogato ai tessuti sistemici). Nel rigurgito aortico o mitralico grave, il volume sistolico totale è superiore al flusso netto in avanti, quindi i metodi volumetrici ecocardiografici possono fornire un numero più elevato. Per la gestione emodinamica, la CO diretta derivata da Fick è in realtà la cifra clinicamente più rilevante.
Cos’è la saturazione di ossigeno venoso misto (SvO2) e cosa ci dice?
SvO2 è la saturazione di ossigeno del sangue nell'arteria polmonare, che rappresenta la media del ritorno venoso da tutti i tessuti del corpo. La SvO2 normale è pari al 65–75%. Una SvO2 < 60% indica un aumento della richiesta di ossigeno o una diminuzione dell'apporto (bassa CO, anemia o bassa SaO2). Una SvO2 > 80% nello shock suggerisce un ridotto utilizzo dell'ossigeno (sepsi tardiva) o uno shunt sinistro-destro che contamina il campione di arteria polmonare.
Come viene misurata la gittata cardiaca in modo non invasivo in alternativa a Fick?
Le alternative non invasive includono la termodiluizione tramite catetere arterioso polmonare (richiede solo un'iniezione in bolo, non un prelievo di sangue), l'ecocardiografia transtoracica (area LVOT VTI x), la bioreattanza, l'analisi del contorno del polso (PiCCO, LiDCO) e il Fick stimato utilizzando la pulsossimetria SpO2. Ciascuno ha caratteristiche di errore specifiche; il Fick diretto rimane il gold standard per la validazione di tutti gli altri metodi.
Errori comuni da evitare
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- !Utilizzando sangue venoso periferico invece del vero sangue venoso misto (arteria polmonare): le vene periferiche non riflettono l'estrazione di ossigeno da tutto il corpo e produrranno risultati errati.
- !Dimenticando il fattore di conversione dell’unità x10, che produce CO in dL/min anziché L/min: un errore dieci volte superiore nella risposta finale.
- !Utilizzando il VO2 presunto senza segnalare l'incertezza: il Fick presunto può essere fuori del 20-30% soprattutto nei pazienti ventilati, sedati o febbrili.
- !Trascurare l'ossigeno disciolto nel plasma (0,0031 x termine PO2 nel contenuto di O2): rilevante quando la FiO2 è elevata e la PaO2 supera i 300 mmHg, dove l'O2 disciolto può contribuire con 1–2 mL/dL.
- !Applicazione della formula in pazienti con shunt arterovenosi intrapolmonari significativi (ad es. sindrome epatopolmonare) in cui la SaO2 è ingannevolmente bassa nonostante un'adeguata funzione cardiaca.
- !Confondere la gittata cardiaca con l'indice cardiaco: riportare sempre entrambi e utilizzare l'IC per le soglie delle decisioni cliniche.
Consiglio Pro
Nel laboratorio di cateterizzazione, effettuare sempre un controllo incrociato tra Fick CO e termodiluizione se vengono misurati entrambi. Una discordanza >15% dovrebbe indurre a rivedere la tecnica di campionamento, i tempi (garantire lo stato stazionario) o l'esclusione di uno shunt. Nei pazienti ambulatoriali stabili, un Fick CO a riposo entro range di normalità non esclude una compromissione emodinamica indotta dall'esercizio fisico: può essere necessario il cateterismo del cuore destro da esercizio.
Lo sapevi?
Adolph Fick pubblicò il suo principio nel 1870 in un'unica lettera di 29 righe: nessun dato sui pazienti, solo un esperimento mentale. Ci sono voluti altri 20 anni prima che Grehant e Quinquaud lo confermassero sperimentalmente sugli animali, e quasi 50 anni prima che fosse applicato agli esseri umani in vivo da Krogh e Lindhard nel 1912.
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Riferimenti
- ›Fick A. Uber die Messung des Blutquantums in den Herzventrikeln (1870)
- ›Nishimura RA et al. Linee guida ACC/AHA 2012 per la gestione dei pazienti con cardiopatia valvolare (sezione cateterizzazione)
- ›Ragosta M. Libro di testo di Emodinamica Clinica, 2a ed. Elsevier 2017
- ›Hoeper MM et al. Definizioni e diagnosi di ipertensione polmonare. JACC 2013
- ›Magder S. Il significato della gittata cardiaca. Cura critica 2020
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