Early Referral e prevenzione secondaria dell'insufficienza renale cronica benefici per il paziente e per la sostenibilità del sistema dialisi

Attività di ricerca nell'ambito dell'inidirizzo nefrologia clinica, valutando: la popolazione dei pazienti in trattamento sostitutivo in particolare incidenza e prevalenza dei pazienti in trattamento renale sostitutivo nell'Azienda USL di Cesena dal 2000 al 2009 confronto con i dati del registro italiano (analisi retrospettiva). Analisi di questa popolazione e in particolare referral nefrologico e applicazione di misure atte a ridurre la progressione dell'IRC (prevenzione secondaria, terziaria e riduzione dei costi). Confronto con i dati internazionali.

Studio multicentrico sulla prevalenza e sulle principali caratteristiche cliniche e biochimiche nei pazienti in dialisi paratiroidectomizzati in italia

Lo studio CAVE PTX ha lo scopo di valutare la reale prevalenza della paratiroidectomia nei pazienti dializzati in Italia, verificare l’aderenza ai targets ematochimici proposti dalle linee guida internazionali K/DOQI e ricercare la presenza di fratture vertebrali e calcificazioni vascolari. Al momento attuale riportiamo i dati preliminari sulla prevalenza e le caratteristiche cliniche generali dei pazienti finora arruolati. Il nostro studio ha ricevuto contributi da 149 centri dialisi italiani, su un totale di 670, pari al 22%. La popolazione dialitica dalla quale sono stati ottenuti i casi di paratiroidectomia è risultata pari a 12515 pazienti;l’87,7% dei pazienti effettuava l’emodialisi mentre il 12,3% la dialisi peritoneale. Cinquecentoventotto, pari al 4,22%, avevano effettuato un intervento di paratiroidectomia (4,5%emodializzati, 1,9% in dialisi peritoneale;p<0.001). Abbiamo considerato tre gruppi differenti di PTH: basso (<150 pg/ml), ottimale (150 -300 pg/ml) ed elevato (>300 pg/ml). I valori medi di PTH e calcemia sono risultati significativamente diversi (più alti) tra casi e controlli nei due gruppi con PTH basso (PTX = 40±39 vs controllo = 92±42 pg/ml; p<.0001) e PTH alto (PTX= 630 ± 417 vs controllo 577 ±331; p<.05). La percentuale di pazienti con PTH troppo basso è risultata più elevata nei pazienti chirurgici rispetto al resto della popolazione (64vs23%; p<0.0001), mentre la percentuale dei casi con PTH troppo alto è risultata significativamente più alta nel gruppo di controllo (38%vs19%; p<0.003). Il 61% dei casi assumeva vitamina D rispetto al 64 % dei controlli; l’88% vs 75% un chelante del fosforo ed il 13%vs 35% il calciomimentico. In conclusione, la paratiroidectomia ha una bassa prevalenza in Italia, i pazienti sono più spesso di sesso femminile, in emodialisi e con età relativamente giovane ma da più tempo in dialisi.

Processi integrati per l’intensificazione di processo: reazione di fotocatalisi accoppiata alla pervaporazione, la dialisi e all’ozonizzazione

L’accoppiamento di diverse operazioni unitarie può in certi casi portare ad una cosiddetta “intensificazione di processo”, cioè ad un aumento sostanziale delle rese, dell’efficienza e della sostenibilità. Nel presente lavoro sono state pertanto analizzate le potenzialità di accoppiamento della fotocatalisi, il più studiato tra i “processi di ossidazione avanzata”, sia con alcuni processi a membrana per la sintesi verde di aromi sia con l’ozonizzazione per la depurazione di acque. È stato dimostrato che in entrambi i casi l’ottenimento di una significativa intensificazione di processo dipende in gran parte dai parametri operativi, in particolare dal rapporto, delta, tra la velocità caratteristica di fotocatalisi e quella del processo accoppiato. Nel caso della sintesi di aromi, in cui la fotocatalisi viene accoppiata con la pervaporazione o con la dialisi ricircolando al reattore il retentato dalla cella con la membrana. Il parametro delta dipende dalla velocità di reazione, dalle proprietà di trasporto delle membrane e naturalmente dal volume del rettore e dall’area della membrana. La reazione fotocatalitica produce l’aroma, ad esempio vanillina da acido ferulico, per ossidazione parziale e grazie al recupero del prodotto se ne evita l’ulteriore ossidazione aumentandone pertanto la resa. L’operare in apparati separati offre diversi vantaggi come la possibilità di variare senza vincoli il rapporto tra area della membrana e volume del reattore, ma impone di considerare anche il grado effettivo di accoppiamento dei processi. In questo caso, come evidenziato dal modello matematico, un sufficientemente elevato rapporto di ricircolo consente comunque di integrare efficacemente i processi. Nell’ozonizzazione fotocatalitica si hanno due importanti vantaggi: l’aumento della velocità di degradazione grazie alla sinergia tra i processi e la capacità di controllare la formazione di prodotti pericolosi. La sinergia viene massimizzata ad un valore ottimale di delta, mentre la formazione dei prodotti indesiderati viene controllata operando secondo le procedure che sono state individuate.

Seizure prediction and control in epilepsy

The first part of my thesis presents an overview of the different approaches used in the past two decades in the attempt to forecast epileptic seizure on the basis of intracranial and scalp EEG. Past research could reveal some value of linear and nonlinear algorithms to detect EEG features changing over different phases of the epileptic cycle. However, their exact value for seizure prediction, in terms of sensitivity and specificity, is still discussed and has to be evaluated. In particular, the monitored EEG features may fluctuate with the vigilance state and lead to false alarms. Recently, such a dependency on vigilance states has been reported for some seizure prediction methods, suggesting a reduced reliability. An additional factor limiting application and validation of most seizure-prediction techniques is their computational load. For the first time, the reliability of permutation entropy [PE] was verified in seizure prediction on scalp EEG data, contemporarily controlling for its dependency on different vigilance states. PE was recently introduced as an extremely fast and robust complexity measure for chaotic time series and thus suitable for online application even in portable systems. The capability of PE to distinguish between preictal and interictal state has been demonstrated using Receiver Operating Characteristics (ROC) analysis. Correlation analysis was used to assess dependency of PE on vigilance states. Scalp EEG-Data from two right temporal epileptic lobe (RTLE) patients and from one patient with right frontal lobe epilepsy were analysed. The last patient was included only in the correlation analysis, since no datasets including seizures have been available for him. The ROC analysis showed a good separability of interictal and preictal phases for both RTLE patients, suggesting that PE could be sensitive to EEG modifications, not visible on visual inspection, that might occur well in advance respect to the EEG and clinical onset of seizures. However, the simultaneous assessment of the changes in vigilance showed that: a) all seizures occurred in association with the transition of vigilance states; b) PE was sensitive in detecting different vigilance states, independently of seizure occurrences. Due to the limitations of the datasets, these results cannot rule out the capability of PE to detect preictal states. However, the good separability between pre- and interictal phases might depend exclusively on the coincidence of epileptic seizure onset with a transition from a state of low vigilance to a state of increased vigilance. The finding of a dependency of PE on vigilance state is an original finding, not reported in literature, and suggesting the possibility to classify vigilance states by means of PE in an authomatic and objectic way. The second part of my thesis provides the description of a novel behavioral task based on motor imagery skills, firstly introduced (Bruzzo et al. 2007), in order to study mental simulation of biological and non-biological movement in paranoid schizophrenics (PS). Immediately after the presentation of a real movement, participants had to imagine or re-enact the very same movement. By key release and key press respectively, participants had to indicate when they started and ended the mental simulation or the re-enactment, making it feasible to measure the duration of the simulated or re-enacted movements. The proportional error between duration of the re-enacted/simulated movement and the template movement were compared between different conditions, as well as between PS and healthy subjects. Results revealed a double dissociation between the mechanisms of mental simulation involved in biological and non-biologial movement simulation. While for PS were found large errors for simulation of biological movements, while being more acurate than healthy subjects during simulation of non-biological movements. Healthy subjects showed the opposite relationship, making errors during simulation of non-biological movements, but being most accurate during simulation of non-biological movements. However, the good timing precision during re-enactment of the movements in all conditions and in both groups of participants suggests that perception, memory and attention, as well as motor control processes were not affected. Based upon a long history of literature reporting the existence of psychotic episodes in epileptic patients, a longitudinal study, using a slightly modified behavioral paradigm, was carried out with two RTLE patients, one patient with idiopathic generalized epilepsy and one patient with extratemporal lobe epilepsy. Results provide strong evidence for a possibility to predict upcoming seizures in RTLE patients behaviorally. In the last part of the thesis it has been validated a behavioural strategy based on neurobiofeedback training, to voluntarily control seizures and to reduce there frequency. Three epileptic patients were included in this study. The biofeedback was based on monitoring of slow cortical potentials (SCPs) extracted online from scalp EEG. Patients were trained to produce positive shifts of SCPs. After a training phase patients were monitored for 6 months in order to validate the ability of the learned strategy to reduce seizure frequency. Two of the three refractory epileptic patients recruited for this study showed improvements in self-management and reduction of ictal episodes, even six months after the last training session.

Caratterizzazione del legame di molecole di interesse farmaceutico alla sieroalbumina umana mediante biocromatografia e dicroismo circolare

Negli ultimi anni, un crescente numero di studiosi ha focalizzato la propria attenzione sullo sviluppo di strategie che permettessero di caratterizzare le proprietà ADMET dei farmaci in via di sviluppo, il più rapidamente possibile. Questa tendenza origina dalla consapevolezza che circa la metà dei farmaci in via di sviluppo non viene commercializzato perché ha carenze nelle caratteristiche ADME, e che almeno la metà delle molecole che riescono ad essere commercializzate, hanno comunque qualche problema tossicologico o ADME [1]. Infatti, poco importa quanto una molecola possa essere attiva o specifica: perché possa diventare farmaco è necessario che venga ben assorbita, distribuita nell’organismo, metabolizzata non troppo rapidamente, ne troppo lentamente e completamente eliminata. Inoltre la molecola e i suoi metaboliti non dovrebbero essere tossici per l’organismo. Quindi è chiaro come una rapida determinazione dei parametri ADMET in fasi precoci dello sviluppo del farmaco, consenta di risparmiare tempo e denaro, permettendo di selezionare da subito i composti più promettenti e di lasciar perdere quelli con caratteristiche negative. Questa tesi si colloca in questo contesto, e mostra l’applicazione di una tecnica semplice, la biocromatografia, per caratterizzare rapidamente il legame di librerie di composti alla sieroalbumina umana (HSA). Inoltre mostra l’utilizzo di un’altra tecnica indipendente, il dicroismo circolare, che permette di studiare gli stessi sistemi farmaco-proteina, in soluzione, dando informazioni supplementari riguardo alla stereochimica del processo di legame. La HSA è la proteina più abbondante presente nel sangue. Questa proteina funziona da carrier per un gran numero di molecole, sia endogene, come ad esempio bilirubina, tiroxina, ormoni steroidei, acidi grassi, che xenobiotici. Inoltre aumenta la solubilità di molecole lipofile poco solubili in ambiente acquoso, come ad esempio i tassani. Il legame alla HSA è generalmente stereoselettivo e ad avviene a livello di siti di legame ad alta affinità. Inoltre è ben noto che la competizione tra farmaci o tra un farmaco e metaboliti endogeni, possa variare in maniera significativa la loro frazione libera, modificandone l’attività e la tossicità. Per queste sue proprietà la HSA può influenzare sia le proprietà farmacocinetiche che farmacodinamiche dei farmaci. Non è inusuale che un intero progetto di sviluppo di un farmaco possa venire abbandonato a causa di un’affinità troppo elevata alla HSA, o a un tempo di emivita troppo corto, o a una scarsa distribuzione dovuta ad un debole legame alla HSA. Dal punto di vista farmacocinetico, quindi, la HSA è la proteina di trasporto del plasma più importante. Un gran numero di pubblicazioni dimostra l’affidabilità della tecnica biocromatografica nello studio dei fenomeni di bioriconoscimento tra proteine e piccole molecole [2-6]. Il mio lavoro si è focalizzato principalmente sull’uso della biocromatografia come metodo per valutare le caratteristiche di legame di alcune serie di composti di interesse farmaceutico alla HSA, e sul miglioramento di tale tecnica. Per ottenere una miglior comprensione dei meccanismi di legame delle molecole studiate, gli stessi sistemi farmaco-HSA sono stati studiati anche con il dicroismo circolare (CD). Inizialmente, la HSA è stata immobilizzata su una colonna di silice epossidica impaccata 50 x 4.6 mm di diametro interno, utilizzando una procedura precedentemente riportata in letteratura [7], con alcune piccole modifiche. In breve, l’immobilizzazione è stata effettuata ponendo a ricircolo, attraverso una colonna precedentemente impaccata, una soluzione di HSA in determinate condizioni di pH e forza ionica. La colonna è stata quindi caratterizzata per quanto riguarda la quantità di proteina correttamente immobilizzata, attraverso l’analisi frontale di L-triptofano [8]. Di seguito, sono stati iniettati in colonna alcune soluzioni raceme di molecole note legare la HSA in maniera enantioselettiva, per controllare che la procedura di immobilizzazione non avesse modificato le proprietà di legame della proteina. Dopo essere stata caratterizzata, la colonna è stata utilizzata per determinare la percentuale di legame di una piccola serie di inibitori della proteasi HIV (IPs), e per individuarne il sito(i) di legame. La percentuale di legame è stata calcolata attraverso il fattore di capacità (k) dei campioni. Questo parametro in fase acquosa è stato estrapolato linearmente dal grafico log k contro la percentuale (v/v) di 1-propanolo presente nella fase mobile. Solamente per due dei cinque composti analizzati è stato possibile misurare direttamente il valore di k in assenza di solvente organico. Tutti gli IPs analizzati hanno mostrato un’elevata percentuale di legame alla HSA: in particolare, il valore per ritonavir, lopinavir e saquinavir è risultato maggiore del 95%. Questi risultati sono in accordo con dati presenti in letteratura, ottenuti attraverso il biosensore ottico [9]. Inoltre, questi risultati sono coerenti con la significativa riduzione di attività inibitoria di questi composti osservata in presenza di HSA. Questa riduzione sembra essere maggiore per i composti che legano maggiormente la proteina [10]. Successivamente sono stati eseguiti degli studi di competizione tramite cromatografia zonale. Questo metodo prevede di utilizzare una soluzione a concentrazione nota di un competitore come fase mobile, mentre piccole quantità di analita vengono iniettate nella colonna funzionalizzata con HSA. I competitori sono stati selezionati in base al loro legame selettivo ad uno dei principali siti di legame sulla proteina. In particolare, sono stati utilizzati salicilato di sodio, ibuprofene e valproato di sodio come marker dei siti I, II e sito della bilirubina, rispettivamente. Questi studi hanno mostrato un legame indipendente dei PIs ai siti I e II, mentre è stata osservata una debole anticooperatività per il sito della bilirubina. Lo stesso sistema farmaco-proteina è stato infine investigato in soluzione attraverso l’uso del dicroismo circolare. In particolare, è stato monitorata la variazione del segnale CD indotto di un complesso equimolare [HSA]/[bilirubina], a seguito dell’aggiunta di aliquote di ritonavir, scelto come rappresentante della serie. I risultati confermano la lieve anticooperatività per il sito della bilirubina osservato precedentemente negli studi biocromatografici. Successivamente, lo stesso protocollo descritto precedentemente è stato applicato a una colonna di silice epossidica monolitica 50 x 4.6 mm, per valutare l’affidabilità del supporto monolitico per applicazioni biocromatografiche. Il supporto monolitico monolitico ha mostrato buone caratteristiche cromatografiche in termini di contropressione, efficienza e stabilità, oltre che affidabilità nella determinazione dei parametri di legame alla HSA. Questa colonna è stata utilizzata per la determinazione della percentuale di legame alla HSA di una serie di poliamminochinoni sviluppati nell’ambito di una ricerca sulla malattia di Alzheimer. Tutti i composti hanno mostrato una percentuale di legame superiore al 95%. Inoltre, è stata osservata una correlazione tra percentuale di legame è caratteristiche della catena laterale (lunghezza e numero di gruppi amminici). Successivamente sono stati effettuati studi di competizione dei composti in esame tramite il dicroismo circolare in cui è stato evidenziato un effetto anticooperativo dei poliamminochinoni ai siti I e II, mentre rispetto al sito della bilirubina il legame si è dimostrato indipendente. Le conoscenze acquisite con il supporto monolitico precedentemente descritto, sono state applicate a una colonna di silice epossidica più corta (10 x 4.6 mm). Il metodo di determinazione della percentuale di legame utilizzato negli studi precedenti si basa su dati ottenuti con più esperimenti, quindi è necessario molto tempo prima di ottenere il dato finale. L’uso di una colonna più corta permette di ridurre i tempi di ritenzione degli analiti, per cui la determinazione della percentuale di legame alla HSA diventa molto più rapida. Si passa quindi da una analisi a medio rendimento a una analisi di screening ad alto rendimento (highthroughput- screening, HTS). Inoltre, la riduzione dei tempi di analisi, permette di evitare l’uso di soventi organici nella fase mobile. Dopo aver caratterizzato la colonna da 10 mm con lo stesso metodo precedentemente descritto per le altre colonne, sono stati iniettati una serie di standard variando il flusso della fase mobile, per valutare la possibilità di utilizzare flussi elevati. La colonna è stata quindi impiegata per stimare la percentuale di legame di una serie di molecole con differenti caratteristiche chimiche. Successivamente è stata valutata la possibilità di utilizzare una colonna così corta, anche per studi di competizione, ed è stata indagato il legame di una serie di composti al sito I. Infine è stata effettuata una valutazione della stabilità della colonna in seguito ad un uso estensivo. L’uso di supporti cromatografici funzionalizzati con albumine di diversa origine (ratto, cane, guinea pig, hamster, topo, coniglio), può essere proposto come applicazione futura di queste colonne HTS. Infatti, la possibilità di ottenere informazioni del legame dei farmaci in via di sviluppo alle diverse albumine, permetterebbe un migliore paragone tra i dati ottenuti tramite esperimenti in vitro e i dati ottenuti con esperimenti sull’animale, facilitando la successiva estrapolazione all’uomo, con la velocità di un metodo HTS. Inoltre, verrebbe ridotto anche il numero di animali utilizzati nelle sperimentazioni. Alcuni lavori presenti in letteratura dimostrano l’affidabilita di colonne funzionalizzate con albumine di diversa origine [11-13]: l’utilizzo di colonne più corte potrebbe aumentarne le applicazioni.

Rehabilitation Engineering in Parkinson's disease

Impairment of postural control is a common consequence of Parkinson's disease (PD) that becomes more and more critical with the progression of the disease, in spite of the available medications. Postural instability is one of the most disabling features of PD and induces difficulties with postural transitions, initiation of movements, gait disorders, inability to live independently at home, and is the major cause of falls. Falls are frequent (with over 38% falling each year) and may induce adverse consequences like soft tissue injuries, hip fractures, and immobility due to fear of falling. As the disease progresses, both postural instability and fear of falling worsen, which leads patients with PD to become increasingly immobilized. The main aims of this dissertation are to: 1) detect and assess, in a quantitative way, impairments of postural control in PD subjects, investigate the central mechanisms that control such motor performance, and how these mechanism are affected by levodopa; 2) develop and validate a protocol, using wearable inertial sensors, to measure postural sway and postural transitions prior to step initiation; 3) find quantitative measures sensitive to impairments of postural control in early stages of PD and quantitative biomarkers of disease progression; and 4) test the feasibility and effects of a recently-developed audio-biofeedback system in maintaining balance in subjects with PD. In the first set of studies, we showed how PD reduces functional limits of stability as well as the magnitude and velocity of postural preparation during voluntary, forward and backward leaning while standing. Levodopa improves the limits of stability but not the postural strategies used to achieve the leaning. Further, we found a strong relationship between backward voluntary limits of stability and size of automatic postural response to backward perturbations in control subjects and in PD subjects ON medication. Such relation might suggest that the central nervous system presets postural response parameters based on perceived maximum limits and this presetting is absent in PD patients OFF medication but restored with levodopa replacement. Furthermore, we investigated how the size of preparatory postural adjustments (APAs) prior to step initiation depend on initial stance width. We found that patients with PD did not scale up the size of their APA with stance width as much as control subjects so they had much more difficulty initiating a step from a wide stance than from a narrow stance. This results supports the hypothesis that subjects with PD maintain a narrow stance as a compensation for their inability to sufficiently increase the size of their lateral APA to allow speedy step initiation in wide stance. In the second set of studies, we demonstrated that it is possible to use wearable accelerometers to quantify postural performance during quiet stance and step initiation balance tasks in healthy subjects. We used a model to predict center of pressure displacements associated with accelerations at the upper and lower back and thigh. This approach allows the measurement of balance control without the use of a force platform outside the laboratory environment. We used wearable accelerometers on a population of early, untreated PD patients, and found that postural control in stance and postural preparation prior to a step are impaired early in the disease when the typical balance and gait intiation symptoms are not yet clearly manifested. These novel results suggest that technological measures of postural control can be more sensitive than clinical measures. Furthermore, we assessed spontaneous sway and step initiation longitudinally across 1 year in patients with early, untreated PD. We found that changes in trunk sway, and especially movement smoothness, measured as Jerk, could be used as an objective measure of PD and its progression. In the third set of studies, we studied the feasibility of adapting an existing audio-biofeedback device to improve balance control in patients with PD. Preliminary results showed that PD subjects found the system easy-to-use and helpful, and they were able to correctly follow the audio information when available. Audiobiofeedback improved the properties of trunk sway during quiet stance. Our results have many implications for i) the understanding the central mechanisms that control postural motor performance, and how these mechanisms are affected by levodopa; ii) the design of innovative protocols for measuring and remote monitoring of motor performance in the elderly or subjects with PD; and iii) the development of technologies for improving balance, mobility, and consequently quality of life in patients with balance disorders, such as PD patients with augmented biofeedback paradigms.

Body ares networks for human motor assessment

Healthcare, Human Computer Interfaces (HCI), Security and Biometry are the most promising application scenario directly involved in the Body Area Networks (BANs) evolution. Both wearable devices and sensors directly integrated in garments envision a word in which each of us is supervised by an invisible assistant monitoring our health and daily-life activities. New opportunities are enabled because improvements in sensors miniaturization and transmission efficiency of the wireless protocols, that achieved the integration of high computational power aboard independent, energy-autonomous, small form factor devices. Application’s purposes are various: (I) data collection to achieve off-line knowledge discovery; (II) user notification of his/her activities or in case a danger occurs; (III) biofeedback rehabilitation; (IV) remote alarm activation in case the subject need assistance; (V) introduction of a more natural interaction with the surrounding computerized environment; (VI) users identification by physiological or behavioral characteristics. Telemedicine and mHealth [1] are two of the leading concepts directly related to healthcare. The capability to borne unobtrusiveness objects supports users’ autonomy. A new sense of freedom is shown to the user, not only supported by a psychological help but a real safety improvement. Furthermore, medical community aims the introduction of new devices to innovate patient treatments. In particular, the extension of the ambulatory analysis in the real life scenario by proving continuous acquisition. The wide diffusion of emerging wellness portable equipment extended the usability of wearable devices also for fitness and training by monitoring user performance on the working task. The learning of the right execution techniques related to work, sport, music can be supported by an electronic trainer furnishing the adequate aid. HCIs made real the concept of Ubiquitous, Pervasive Computing and Calm Technology introduced in the 1988 by Marc Weiser and John Seeley Brown. They promotes the creation of pervasive environments, enhancing the human experience. Context aware, adaptive and proactive environments serve and help people by becoming sensitive and reactive to their presence, since electronics is ubiquitous and deployed everywhere. In this thesis we pay attention to the integration of all the aspects involved in a BAN development. Starting from the choice of sensors we design the node, configure the radio network, implement real-time data analysis and provide a feedback to the user. We present algorithms to be implemented in wearable assistant for posture and gait analysis and to provide assistance on different walking conditions, preventing falls. Our aim, expressed by the idea to contribute at the development of a non proprietary solutions, driven us to integrate commercial and standard solutions in our devices. We use sensors available on the market and avoided to design specialized sensors in ASIC technologies. We employ standard radio protocol and open source projects when it was achieved. The specific contributions of the PhD research activities are presented and discussed in the following. • We have designed and build several wireless sensor node providing both sensing and actuator capability making the focus on the flexibility, small form factor and low power consumption. The key idea was to develop a simple and general purpose architecture for rapid analysis, prototyping and deployment of BAN solutions. Two different sensing units are integrated: kinematic (3D accelerometer and 3D gyroscopes) and kinetic (foot-floor contact pressure forces). Two kind of feedbacks were implemented: audio and vibrotactile. • Since the system built is a suitable platform for testing and measuring the features and the constraints of a sensor network (radio communication, network protocols, power consumption and autonomy), we made a comparison between Bluetooth and ZigBee performance in terms of throughput and energy efficiency. Test in the field evaluate the usability in the fall detection scenario. • To prove the flexibility of the architecture designed, we have implemented a wearable system for human posture rehabilitation. The application was developed in conjunction with biomedical engineers who provided the audio-algorithms to furnish a biofeedback to the user about his/her stability. • We explored off-line gait analysis of collected data, developing an algorithm to detect foot inclination in the sagittal plane, during walk. • In collaboration with the Wearable Lab – ETH, Zurich, we developed an algorithm to monitor the user during several walking condition where the user carry a load. The remainder of the thesis is organized as follows. Chapter I gives an overview about Body Area Networks (BANs), illustrating the relevant features of this technology and the key challenges still open. It concludes with a short list of the real solutions and prototypes proposed by academic research and manufacturers. The domain of the posture and gait analysis, the methodologies, and the technologies used to provide real-time feedback on detected events, are illustrated in Chapter II. The Chapter III and IV, respectively, shown BANs developed with the purpose to detect fall and monitor the gait taking advantage by two inertial measurement unit and baropodometric insoles. Chapter V reports an audio-biofeedback system to improve balance on the information provided by the use centre of mass. A walking assistant based on the KNN classifier to detect walking alteration on load carriage, is described in Chapter VI.

Uremic Neuropathy: Epiemiological Study in Hemodialysis Patients

Background/Aims. Uremic Neuropathy (UN) highly limits the individual self-sufficiency causing near-continuous pain. An estimation of the actual UN prevalence among hemodialysis patients was the aim of the present work. Methods. We studied 225 prevalent dialysis patients from two Italian Centres. The Michigan Neuropathy Score Instrument (MNSI), already validated in diabetic neuropathy, was used for the diagnosis of UN. It consisted of a questionnaire (MNSI_Q) and a physical-clinical evaluation (MNSI_P). Patients without any disease possibly inducing secondary neuropathy and with MNSI score  3 have been diagnosed as affected by UN. Electroneurographic (ENG) lower limbs examination was performed in these patients to compare sensory conduction velocities (SCV) and sensory nerve action potentials (SNAP) with the MNSI results. Results. Thirtyseven patients (16.4%) were identified as being affected by UN, while 9 (4%) presented a score <3 in spite of neuropathic symptoms. In the 37 UN patients a significant correlation was found between MNSI_P and SCV (r2 = 0.1959; p<0.034) as well as SNAP (r2 = 0.3454; p=0.027) both measured by ENG. Conclusions. UN is an underestimated disease among the dialysis population even though it represents a huge problem in terms of pain and quality of life. MNSI could represent a valid and simple clinical-instrumental screening test for the early diagnosis of UN in view of an early therapeutic approach.

Utilizzo del Rituximab nel trattamento della vasculiti ANCA associate.

Introduzione. Recenti studi hanno dimostrato che il Rituximab (RTX) è un’alternativa sicura ed efficace alla ciclofosfamide nell’indurre la remissione in pazienti con severa vasculite ANCA-associata (AAV) di nuova diagnosi o recidiva. Scopo dello studio era valutare l’efficacia e la sicurezza del RTX nei nostri pazienti con AAV. Metodi. Studio retrospettivo delle caratteristiche cliniche, dei risultati e della tolleranza al RTX dei pazienti con AAV trattati presso il nostro centro da Gennaio 2006 a Dicembre 2011. Inizialmente veniva utilizzato lo schema convenzionale delle 4 somministrazioni settimanali da 375 mg/m2. Dal 2011 sulla base dell’esperienza maturata e dei nuovi dati della letteratura si decideva di non adottare uno schema fisso per le recidive, ma di somministrare una o due dosi secondo la severità della recidiva ed il rischio infettivo. Risultati. Venivano trattati 51 pazienti con AAV, 15/51 (29%) di nuova diagnosi e 36/51 (71%) ad una recidiva. La maggior parte dei pazienti con nuova diagnosi presentavano una micropoliangioite con severo interessamento renale, 5/15 (33%) erano in dialisi dall’esordio. 32/36 (89%) pazienti trattati ad una recidiva presentavano una recidiva granulomatosa di Granulomatosi di Wegener (WG). Tutti ottenevano una remissione, più rapidamente per le manifestazioni vasculitiche. 2/5 pazienti in dialisi dall’esordio recuperavano la funzione renale. Si osservavano 11 recidive in 9 pazienti con GW mediamente dopo 23.1 mesi, tutti ottenevano nuovamente la remissione. Ad un follow-up medio di 20.1 mesi si registravano 4 decessi, 3 (3/15, 20%) nel gruppo di pazienti con nuova diagnosi, uno (1/36, 3%) nel gruppo trattato ad una recidiva. Quattro pazienti sospendevano il RTX per infezioni. Conclusioni. Nella nostra casistica il RTX si è dimostrato efficace e sicuro nell’indurre la remissione in pazienti con severa AAV, sia all’esordio che alla recidiva. I pazienti con WG presentano maggior rischio di recidiva e dovrebbero pertanto essere mantenuti in terapia immunosoppressiva dopo RTX.

Progenitori endoteliali nei pazienti con Chronic Kidney Disease - Mineral and Bone Disorder (CKD-MBD) in fase uremica: effetti del trattamento con vitamina D.

L'insufficienza renale cronica (CKD) è associata ad un rischio cardiovascolare più elevato rispetto alla popolazione generale: fattori come uremia, stress ossidativo, età dialitica, infiammazione, alterazioni del metabolismo minerale e presenza di calcificazioni vascolari incidono fortemente sulla morbosità e mortalità per cause cardiovascolari nel paziente uremico. Diversi studi hanno verificato il coinvolgimento dei progenitori endoteliali (EPC) nella malattia aterosclerotica ed è stato dimostrato che esprimono osteocalcina, marcatore di calcificazione. Inoltre, nella CKD è presente una disfunzione in numero e funzionalità delle EPC. Attualmente, il ruolo delle EPC nella formazione delle calcificazioni vascolari nei pazienti in dialisi non è stato ancora chiarito. Lo scopo della tesi è quello di studiare le EPC prelevate da pazienti con CKD, al fine di determinarne numero e fenotipo. È stato anche valutato l'effetto del trattamento in vitro e in vivo con calcitriolo e paracalcitolo sulle EPC, dato il deficit di vitamina D dei pazienti con CKD: il trattamento con vitamina D sembra avere effetti positivi sul sistema cardiovascolare. Sono stati valutati: numero di EPC circolanti e la relativa espressione di osteocalcina e del recettore della vitamina D; morfologia e fenotipo EPC in vitro; effetti di calcitriolo e paracalcitolo sull’espressione di osteocalcina e sui depositi di calcio. I risultati dello studio suggeriscono che il trattamento con vitamina D abbia un effetto positivo sulle EPC, aumentando il numero di EPC circolanti e normalizzandone la morfologia. Sia calcitriolo che paracalcitolo sono in grado di ridurre notevolmente l’espressione di OC, mentre solo il paracalcitolo ha un effetto significativo sulla riduzione dei depositi di calcio in coltura. In conclusione, il trattamento con vitamina D sembra ridurre il potenziale calcifico delle EPC nell’uremia, aprendo nuove strade per la gestione del rischio cardiovascolare nei pazienti affetti da CKD.

Studio delle proprietà oncotiche e non incotiche dell'albumina nel paziente con cirrosi epatica e ascite

L’albumina umana (HA) è usata per le sue proprietà oncotiche per ricostituire il volume circolante in pazienti critici e nella cirrosi epatica avanzata. Tuttavia, l’albumina non è solo semplice espansore plasmatico, ma è provvista anche di proprietà non oncotiche, quali, la capacità di legare e trasportare molecole insolubili in acqua, come metalli e farmaci, il suo potere antiossidante e di detossificazione di sostanze sia endogene che esogene. Il nostro studio, è stato progettato da un lato per dimostrare che il trattamento in cronico con albumina umana nei pazienti cirrotici con ascite è in grado di ridurre l’incidenza di ascite refrattaria, delle complicanze legate all’uso dei diuretici e la ricorrenza delle ospedalizzazioni (studio randomizzato), dall’altro per determinare se le alterazioni delle proprietà non oncotiche dell’albumina, possono rappresentare degli indicatori di un aumentato rischio di complicanze cliniche e di una prognosi sfavorevole di questi pazienti (studio di coorte). METODI Studio multicentrico, prospettico, randomizzato, in 440 pts cirrotici con ascite: due bracci di trattamento: t. medica standard vs t. medica standard + albumina; Studio di coorte con 110 cirrotici vs 50 individui sani, valutati mediante -analisi proteomica per individuare con le modifiche post-trascrizionali; - Cobalt Binding Albumina (ACB) per quantificare la quota di albumina modificata dall’ischemia e IMA-Ratio. RISULTATI Studio randomizzato: non è possibile trarre conclusioni, ma emerge un dato incoraggiante, cioè i pazienti del braccio standard hanno una maggiore tendenza a chiudere lo studio per tre paracentesi / mese; Studio Coorte:-IMA e IMA-R sono aumentati in cirrosi, ma non associate a complicanze della cirrosi, l'infezione batterica è associata ad un aumento IMA e IMA-R in cirrosi. CONCLUSIONE: Lo studio randomizzato è in corso ma i dati preliminari sono incoraggianti. Lo studio coorte, ha dimostrato che la cirrosi è associata da alterazioni post-trascrizionali che coinvolgono il N-terminale ed i siti di legame Cys-34.

Proteinuria e sindrome nefrosica nel cane: studio reptrospettivo di 338 casi

La sindrome nefrosica (SN) è definita come la presenza concomitante di una proteinuria maggiore di 3.5g/24 h, ipoalbuminemia, ipercolesterolemia e presenza di edemi. I pazienti con SN sono più a rischio di quelli che presentano una nefropatia glomerulare non nefrosica (NNGD) per lo sviluppo di ipertensione, ipernatremia, complicazioni tromboemboliche e comparsa di insufficienza renale. In Medicina Veterinaria, la Letteratura riguardante l’argomento è molto limitata e non è ben nota la correlazione tra SN e gravità della proteinuria, ipoalbuminemia e sviluppo di tromboembolismo. L’obiettivo del presente studio retrospettivo è stato quello di descrivere e caratterizzare le alterazioni cliniche e clinicopatologiche che si verificano nei pazienti con rapporto proteine urinarie:creatinina urinaria (UPC) >2 con lo scopo di inquadrare con maggiore precisione lo stato clinico di questi pazienti e individuare le maggiori complicazioni a cui possono andare incontro. In un periodo di nove anni sono stati selezionati 338 cani e suddivisi in base ad un valore cut-off di UPC≥3.5. Valori mediani di creatinina, urea, fosforo, albumina urinaria, proteina C reattiva (CRP) e fibrinogeno sono risultati al di sopra del limite superiore dell’intervallo di riferimento, valori mediani di albumina sierica, ematocrito, antitrombina al disotto del limite inferiore di riferimento. Pazienti con UPC≥3.5 hanno mostrato concentrazioni di albumine, ematocrito, calcio, Total Iron Binding Capacity (TIBC), significativamente minori rispetto a quelli con UPC<3.5, concentrazioni di CRP, di urea e di fosforo significativamente maggiori. Nessuna differenza tra i gruppi nelle concentrazioni di creatinina colesterolo, trigliceridi, sodio, potassio, cloro, ferro totale e pressione sistolica. I pazienti con UPC≥3.5 si trovano verosimilmente in uno “stato infiammatorio” maggiore rispetto a quelli con UPC<3.5, questa ipotesi avvalorata dalle concentrazioni minori di albumina, di transferrina e da una concentrazione di CRP maggiore. I pazienti con UPC≥3.5 non presentano concentrazioni di creatinina più elevate ma sono maggiormente a rischio di anemia.

Computational Modeling of Cardiac Excitation-Contraction Coupling in Physiological and Pathological Conditions

The cardiomyocyte is a complex biological system where many mechanisms interact non-linearly to regulate the coupling between electrical excitation and mechanical contraction. For this reason, the development of mathematical models is fundamental in the field of cardiac electrophysiology, where the use of computational tools has become complementary to the classical experimentation. My doctoral research has been focusing on the development of such models for investigating the regulation of ventricular excitation-contraction coupling at the single cell level. In particular, the following researches are presented in this thesis: 1) Study of the unexpected deleterious effect of a Na channel blocker on a long QT syndrome type 3 patient. Experimental results were used to tune a Na current model that recapitulates the effect of the mutation and the treatment, in order to investigate how these influence the human action potential. Our research suggested that the analysis of the clinical phenotype is not sufficient for recommending drugs to patients carrying mutations with undefined electrophysiological properties. 2) Development of a model of L-type Ca channel inactivation in rabbit myocytes to faithfully reproduce the relative roles of voltage- and Ca-dependent inactivation. The model was applied to the analysis of Ca current inactivation kinetics during normal and abnormal repolarization, and predicts arrhythmogenic activity when inhibiting Ca-dependent inactivation, which is the predominant mechanism in physiological conditions. 3) Analysis of the arrhythmogenic consequences of the crosstalk between β-adrenergic and Ca-calmodulin dependent protein kinase signaling pathways. The descriptions of the two regulatory mechanisms, both enhanced in heart failure, were integrated into a novel murine action potential model to investigate how they concur to the development of cardiac arrhythmias. These studies show how mathematical modeling is suitable to provide new insights into the mechanisms underlying cardiac excitation-contraction coupling and arrhythmogenesis.

Strategie formulative per la veicolazione nasale di farmaci

Microparticelle a base di complessi polielettrolitici di Chitosano/Pectina per il rilascio nasale di Tacrina cloridrato. Lo scopo di questo studio è stata la ricerca di nuove formulazioni solide per la somministrazione nasale di Tacrina cloridrato allo scopo di ridurre l’eccessivo effetto di primo passaggio epatico ed aumentarne la biodisponibilità a livello del Sistema Nervoso Centrale. La Tacrina è stata incapsulata in microparticelle mucoadesive a base di complessi elettrolitici di chitosano e pectina. Le microparticelle sono state preparate mediante due diversi approcci tecnologici (spray-drying e spray-drying/liofilizzazione) e analizzate in termini di caratteristiche dimensionali, morfologiche e chimico-fisiche. Nanoparticelle di Chitosano reticolate con Sodio Cromoglicato per il trattamento della rinite allergica. Il Sodio Cromoglicato è uno dei farmaci utilizzati per il trattamento della rinite allergica. Come noto, la clearance mucociliare provoca una rapida rimozione dei farmaci in soluzione dalla cavità nasale, aumentando così il numero di somministrazioni giornaliere e, di conseguenza, riducendo la compliance del paziente. Per ovviare a tale problema, si è pensato di includere il sodio cromoglicato in nanoparticelle di chitosano, un polimero capace di aderire alla mucosa nasale, prolungare il contatto della formulazione con il sito di applicazione e ridurre il numero di somministrazioni giornaliere. Le nanoparticelle ottenute sono state caratterizzate in termini di dimensioni, resa, efficienza di incapsulazione e caricamento del farmaco, potenziale zeta e caratteristiche mucoadesive. Analisi quantitativa di Budesonide amorfa tramite calorimetria a scansione differenziale. È stato sviluppato un nuovo metodo quantitativo allo stato solido basato sulla Calorimetria a Scansione Differenziale (DSC) in grado di quantificare in modo selettivo e accurato la quantità di Budesonide amorfa presente in una miscela solida. Durante lo sviluppo del metodo sono stati affrontati problemi relativi alla convalida di metodi analitici su campioni solidi quali la miscelazione di polveri solide per la preparazione di miscele standard e il calcolo della precisione.