Near-infrared spectroscopy (NIRS) and cerebral hemodynamic alterations during atrial fibrillation
2 Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, Politecnico di Torino, Torino, Italia
3 Dipartimento Cardiovascolare, Clinica Pinna Pintor, Policlinico di Monza, Torino, Italia
4 Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture, Politecnico di Torino, Torino, Italia
Abstract
Il crescente impatto epidemiologico della fibrillazione atriale (FA) richiede una tempestiva comprensione dei meccanismi alla base dell’associazione indipendente tra l’aritmia e il declino cognitivo/demenza. Sono stati proposti diversi meccanismi, come le lesioni cerebrali silenti (eventi ischemici subclinici o micro-sanguinamenti), una cronica riduzione del flusso cerebrale medio, lo stato pro-infiammatorio associato all’FA e una disfunzione endoteliale cerebrale. Tuttavia, è recentemente emersa una nuova ipotesi, basata su dati computazionali, che suggerisce che il ritmo irregolare in corso di FA possa di per se stesso promuovere dei deleteri effetti battito-a-battito, che si traducono nell’insorgenza di eventi emodinamici critici a livello del circolo cerebrale distale. Per superare i limiti delle attuali tecniche adottate nello studio del circolo cerebrale (Doppler transcranico e la RM Arterial Spin Labeling), abbiamo recentemente dimostrato che la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), utilizzando un’alta frequenza di campionamento (20 Hz), può fornire importanti dettagli dell’emodinamica battito-a-battito del microcircolo cerebrale, aprendo la strada allo studio del circolo cerebrale distale in corso di FA. Qualora i dati computazionali dovessero essere confermati da dedicati studi in vivo, sarà fondamentale valutare se le strategie di controllo del ritmo più aggressive (come l’ablazione transcatetere) possano contribuire a ridurre il danno cognitivo in pazienti con FA.
Parole chiave: Fibrillazione atriale; Declino cognitivo; Demenza; Emodinamica cerebrale; Spettroscopia nel vicino infrarosso.
Abstract
The growing epidemiological burden of atrial fibrillation (AF) warrants urgent clarification of the mechanisms at the basis of the independent association between the arrhythmia and cognitive decline/dementia. Several mechanisms have been proposed, such as silent cerebral lesions (subclinical ischemia or micro-haemorrages), a chronic reduction in mean cerebral blood flow, AF-associated pro-inflammatory status and cerebral endothelial dysfunction. However, a new hypothesis based on computational data has recently emerged, which claims that AF irregular rhythm itself may promote direct deleterious beat-to-beat effects, which translates into critical hemodynamic events in the distal cerebral circle. To overcome the limitations of the currently adopted techniques in the study of cerebral circle (transcranial Doppler and Arterial Spin Labeling MRI), we recently demonstrated that cerebral near-infrared spectroscopy (NIRS) with high sampling frequency (20 Hz) may provide beat-to-beat hemodynamic insights from the cerebral microcirculation, paving the way for the assessment of distal cerebral hemodynamics during AF. Should the computational findings be confirmed, it will be fundamental to evaluate whether the most aggressive rhythm control strategies (such as transcatether ablation) may contribute to reduce cognitive burden in AF patients.
Key words: Atrial fibrillation; Cognitive decline; Dementia; Cerebral hemodynamics; Near infrared spectroscopy.
