Nuove acquisizioni in termini di insufficienza mitralica: complicanze tromboemboliche dopo chirurgia della valvola mitrale: incidenza, predittori e implicazioni cliniche

Objectives: to define in patients undergoing surgery for mitral regurgitation (MR) the risk of thrombo-embolic complications, particularly ischemic stroke (IS) compared to that in the general population. Background: MR is frequent, occurs mostly in the elderly and guidelines recommend surgery in asymptomatic patients but IS risks are unknown. Methods: in 1344 patients (65±12 years) consecutively operated for MR (procedures: 897 valve repair, MRep; 447 valve replacement, 231 mechanical, MVRm; 216 biological, MVRb), thrombo-embolic complications particularly IS (diagnosed by a neurologist) during follow-up were assessed early (<30 days), mid-term (30-180 days) and long-term (180 days). Results: IS occurred in 130 patients and IS or transient ischemic attack in 201. IS rates were 1.9±0.4% and 2.7±0.5%, at 30 and 180 days and 8.1±0.8% at 5 years. IS rates were lowest after MRep vs. MVRb and MVRm (6.1±0.9, 8±2.1 and 16.1±2.7% at 5 years, p<0.001). Comparison to IS expected rates in the population showed high risk within 30 days of surgery (Risk-ratio 41[26-60], p<0.001 but p>0.10 between procedures) and moderate risk after 30 days (risk-ratio 1.7 overall, p<0.001; 1.3 for MRep, p=0.07; 0.98 for MVRb, p=0.95; 4.8 for MVRm, p<0.001). Beyond 180 days, IS risk declined further and was not different from the general population for MRep (1.2, p=0.30) and for MVRb (0.9, p=0.72). Risk of IS or transient ischemic attack was higher than the general population in all groups up to 180 days. The risk of bleeding beyond 30 days was lowest in MRep vs. MVRb and MVRm (7±1, 14±4 and 16±3% at 10 years, p<0.001). Conclusion: thrombo-embolic complications after MR surgery are both reason for concern and encouragement. IS risk is notable early, irrespective of the procedure performed, but long-term is not higher than in the general population after MRep and MVRb. Preference for MRep should be emphasized and trials aimed at preventing IS should be conducted to reduce the thrombo-embolic and hemorrhagic risk in patients undergoing surgery for MR.

Fluidodinamica biomedica computazionale del flusso sanguigno in presenza di affezioni strumentali e/o patologiche

La tesi di Dottorato studia il flusso sanguigno tramite un codice agli elementi finiti (COMSOL Multiphysics). Nell’arteria è presente un catetere Doppler (in posizione concentrica o decentrata rispetto all’asse di simmetria) o di stenosi di varia forma ed estensione. Le arterie sono solidi cilindrici rigidi, elastici o iperelastici. Le arterie hanno diametri di 6 mm, 5 mm, 4 mm e 2 mm. Il flusso ematico è in regime laminare stazionario e transitorio, ed il sangue è un fluido non-Newtoniano di Casson, modificato secondo la formulazione di Gonzales & Moraga. Le analisi numeriche sono realizzate in domini tridimensionali e bidimensionali, in quest’ultimo caso analizzando l’interazione fluido-strutturale. Nei casi tridimensionali, le arterie (simulazioni fluidodinamiche) sono infinitamente rigide: ricavato il campo di pressione si procede quindi all’analisi strutturale, per determinare le variazioni di sezione e la permanenza del disturbo sul flusso. La portata sanguigna è determinata nei casi tridimensionali con catetere individuando tre valori (massimo, minimo e medio); mentre per i casi 2D e tridimensionali con arterie stenotiche la legge di pressione riproduce l’impulso ematico. La mesh è triangolare (2D) o tetraedrica (3D), infittita alla parete ed a valle dell’ostacolo, per catturare le ricircolazioni. Alla tesi sono allegate due appendici, che studiano con codici CFD la trasmissione del calore in microcanali e l’ evaporazione di gocce d’acqua in sistemi non confinati. La fluidodinamica nei microcanali è analoga all’emodinamica nei capillari. Il metodo Euleriano-Lagrangiano (simulazioni dell’evaporazione) schematizza la natura mista del sangue. La parte inerente ai microcanali analizza il transitorio a seguito dell’applicazione di un flusso termico variabile nel tempo, variando velocità in ingresso e dimensioni del microcanale. L’indagine sull’evaporazione di gocce è un’analisi parametrica in 3D, che esamina il peso del singolo parametro (temperatura esterna, diametro iniziale, umidità relativa, velocità iniziale, coefficiente di diffusione) per individuare quello che influenza maggiormente il fenomeno.

Studio sul ruolo dei fattori genetici coinvolti nella Valvola Aortica Bicuspide e/o nell'Aneurisma dell'Aorta Toracica

La Valvola Aortica Bicuspide (BAV) rappresenta la più comune anomalia cardiaca congenita, con un’incidenza dello 0,5%-2% nella popolazione generale. Si caratterizza per la presenza di due cuspidi valvolari anziché tre e comprende diverse forme. La BAV è frequentemente associata agli aneurismi dell’aorta toracica (TAA). La dilatazione dell’aorta espone al rischio di sviluppare le complicanze aortiche acute. Materiali e metodi Sono stati reclutati 20 probandi consecutivi sottoposti a chirurgia della valvola aortica e dell'aorta ascendente presso l'Unità di Chirurgia Cardiaca di Policlinico S.Orsola-Malpighi di TAA associata a BAV. Sono stati esclusi individui con una condizione sindromica predisponente l’aneurisma aortico. Ciascun familiare maggiorenne di primo grado è stato arruolato nello studio. L’analisi di mutazioni dell’intero gene ACTA2 è stata eseguita con la tecnica del “bidirectional direct sequencing”. Nelle forme familiari, l’intera porzione codificante del genoma è stata eseguita usando l’exome sequencing. Risultati Dopo il sequenziamento di tutti i 20 esoni e giunzioni di splicing di ACTA2 nei 20 probandi, non è stata individuata alcuna mutazione. Settantasette familiari di primo grado sono stati arruolati. Sono state identificate cinque forme familiari. In una famiglia è stata trovata una mutazione del gene MYH11 non ritenuta patogenetica. Conclusioni La mancanza di mutazioni, sia nelle forme sporadiche sia in quelle familiari, ci suggerisce che questo gene non è coinvolto nello sviluppo della BAV e TAA e, l’associazione che è stata riportata deve essere considerata occasionale. L’architettura genetica della BAV verosimilmente dovrebbe consistere in svariate differenti varianti genetiche che interagiscono in maniera additiva nel determinare un aumento del rischio.

A study on the fluid dynamics of domestic Gas burners

Domestic gas burners are investigated experimentally and numerically in order to further understand the fluid dynamics processes that drive the cooking appliance performances. In particular, a numerical simulation tool has been developed in order to predict the onset of two flame instabilities which may deteriorate the performances of the burner: the flame back and flame lift. The numerical model has been firstly validated by comparing the simulated flow field with a data set of experimental measurements. A prediction criterion for the flame back instability has been formulated based on isothermal simulations without involving the combustion modelization. This analysis has been verified by a Design Of Experiments investigation performed on different burner prototype geometries. On the contrary, the formulation of a prediction criterion regarding the flame lift instability has required the use of a combustion model in the numerical code. In this analysis, the structure and aerodynamics of the flame generated by a cooking appliance has thus been characterized by experimental and numerical investigations, in which, by varying the flow inlet conditions, the flame behaviour was studied from a stable reference case toward a complete blow-out.

Theoretical and Experimental Study of the Magnetic Separation of Pollutants from Wastewater

This Thesys reports the study of a HGMS (High GradientMagnetic Separation) process for the treatment of industrialwastewaters that considers an assisted chemical-physical pre-treatment for the removal of heavy metals through the bound by adsorption with added iron-oxide particulate matter (hematite). The considered filter, constituted by ferromagnetic stainless steel wool and permanent magnets, is studied with a new approach based on a statistical analysis that requires the study of the trajectories of the particles. Experimental activity on a laboratory device has been carried out in order to test the model.

Experimental analysis of coaxial jets: instability, flow and mixing characterization

The velocity and mixing field of two turbulent jets configurations have been experimentally characterized by means of cold- and hot-wire anemometry in order to investigate the effects of the initial conditions on the flow development. In particular, experiments have been focused on the effect of the separation wall between the two streams on the flow field. The results of the experiments have pointed out that the wake behind a thick wall separating wall has a strong influence on the flow field evolution. For instance, for nearly unitary velocity ratios, a clear vortex shedding from the wall is observable. This phenomenon enhances the mixing between the inner and outer shear layer. This enhancement in the fluctuating activity is a consequence of a local absolute instability of the flow which, for a small range of velocity ratios, behaves as an hydrodynamic oscillator with no sensibility to external perturbations. It has been suggested indeed that this absolute instability can be used as a passive method to control the flow evolution. Finally, acoustic excitation has been applied to the near field in order to verify whether or not the observed vortex shedding behind the separating wall is due to a global oscillating mode as predicted by the theory. A new scaling relationship has been also proposed to determine the preferred frequency for nearly unitary velocity ratios. The proposed law takes into account both the Reynolds number and the velocity ratio dependence of this frequency and, therefore, improves all the previously proposed relationships.

Termofluidodinamica di un Getto di Litio

Calcolo della superficie curvilinea di scorrimento di un getto di litio in maniera che la pressione lungo il getto vari in maniera lineare. Formulazione di un codice di calcolo per la determinazione delle diverse possibili superfici. Studio termofluidodinamico del getto con codici CFD. Accoppiamento tra codici di sistema e codici CFD. Valutazioni delle condizioni di Incipient Boiling per il litio.

Statistical analysis and simulation techniques in wall-bounded turbulence

The present work is devoted to the assessment of the energy fluxes physics in the space of scales and physical space of wall-turbulent flows. The generalized Kolmogorov equation will be applied to DNS data of a turbulent channel flow in order to describe the energy fluxes paths from production to dissipation in the augmented space of wall-turbulent flows. This multidimensional description will be shown to be crucial to understand the formation and sustainment of the turbulent fluctuations fed by the energy fluxes coming from the near-wall production region. An unexpected behavior of the energy fluxes comes out from this analysis consisting of spiral-like paths in the combined physical/scale space where the controversial reverse energy cascade plays a central role. The observed behavior conflicts with the classical notion of the Richardson/Kolmogorov energy cascade and may have strong repercussions on both theoretical and modeling approaches to wall-turbulence. To this aim a new relation stating the leading physical processes governing the energy transfer in wall-turbulence is suggested and shown able to capture most of the rich dynamics of the shear dominated region of the flow. Two dynamical processes are identified as driving mechanisms for the fluxes, one in the near wall region and a second one further away from the wall. The former, stronger one is related to the dynamics involved in the near-wall turbulence regeneration cycle. The second suggests an outer self-sustaining mechanism which is asymptotically expected to take place in the log-layer and could explain the debated mixed inner/outer scaling of the near-wall statistics. The same approach is applied for the first time to a filtered velocity field. A generalized Kolmogorov equation specialized for filtered velocity field is derived and discussed. The results will show what effects the subgrid scales have on the resolved motion in both physical and scale space, singling out the prominent role of the filter length compared to the cross-over scale between production dominated scales and inertial range, lc, and the reverse energy cascade region lb. The systematic characterization of the resolved and subgrid physics as function of the filter scale and of the wall-distance will be shown instrumental for a correct use of LES models in the simulation of wall turbulent flows. Taking inspiration from the new relation for the energy transfer in wall turbulence, a new class of LES models will be also proposed. Finally, the generalized Kolmogorov equation specialized for filtered velocity fields will be shown to be an helpful statistical tool for the assessment of LES models and for the development of new ones. As example, some classical purely dissipative eddy viscosity models are analyzed via an a priori procedure.

Statistical Analysis and Modelling Aspects of Thermally Driven Turbulence

The present work aims to provide a deeper understanding of thermally driven turbulence and to address some modelling aspects related to the physics of the flow. For this purpose, two idealized systems are investigated by Direct Numerical Simulation: the rotating and non-rotating Rayleigh-Bénard convection. The preliminary study of the flow topologies shows how the coherent structures organise into different patterns depending on the rotation rate. From a statistical perspective, the analysis of the turbulent kinetic energy and temperature variance budgets allows to identify the flow regions where the production, the transport, and the dissipation of turbulent fluctuations occur. To provide a multi-scale description of the flows, a theoretical framework based on the Kolmogorov and Yaglom equations is applied for the first time to the Rayleigh-Bénard convection. The analysis shows how the spatial inhomogeneity modulates the dynamics at different scales and wall-distances. Inside the core of the flow, the space of scales can be divided into an inhomogeneity-dominated range at large scales, an inertial-like range at intermediate scales and a dissipative range at small scales. This classic scenario breaks close to the walls, where the inhomogeneous mechanisms and the viscous/diffusive processes are important at every scale and entail more complex dynamics. The same theoretical framework is extended to the filtered velocity and temperature fields of non-rotating Rayleigh-Bénard convection. The analysis of the filtered Kolmogorov and Yaglom equations reveals the influence of the residual scales on the filtered dynamics both in physical and scale space, highlighting the effect of the relative position between the filter length and the crossover that separates the inhomogeneity-dominated range from the quasi-homogeneous range. The assessment of the filtered and residual physics results to be instrumental for the correct use of the existing Large-Eddy Simulation models and for the development of new ones.

Turbulent Pipe Flow - High Resolution Measurements in CICLoPE

The thesis deals with the experimental investigation of turbulent pipe flow at high Reynolds number. Wall-bounded turbulence is an extremely relevant topic for engineering and natural science applications and yet many aspects of the physics are not clear due to the difficulty in performing high Re experiments. To overcome these difficulties the CICLoPE Laboratory was developed, the main element of which is the Long Pipe wind tunnel. The facility is unique in its kind, as thanks to its large scale it delivers a flow quality and resolution that can not be achieved elsewhere at these Reynolds number. Reported here are the results from the first experimental campaign performed in the facility. A first part of the results presented concerns the characterization of this new facility. Flow quality and stability are assessed, particular attention is given to the characterization of pressure drop. The scaling of velocity fluctuations is analysed. The magnitude of the inner peak of the streamwise normal stress shows an increasing trend up to the highest Reynolds number examined, while no outer peak was clearly distinguishable from present measurements. Scaling of coherent motions is investigated via spectral analysis. An inner and outer spectral peaks are identified, with the former scaling in inner units while the latter neither following inner nor outer scaling, and increasing in magnitude with Re. Analysis of the spectra at y+ ≈ 15 shows how the increase of Reynolds normal stress is related to the influence of large scales in the inner wall region. Quadrant analysis was carried out on streamwise and wall-normal velocity fluctuations. The results show the important role in contribution to Reynolds shear stress of highly intermittent and strong events like ejections, that assume an even more intermittent and dominant role with the increase of Reynolds number.

Utilizzo pratico e significato clinicopatologico delle frazioni escrete degli elettroliti nel riconoscimento del danno renale acuto (AKI) in diversi setting clinici

Ricerche nel campo del danno renale acuto e frazioni urinarie escrete. La prima parte verte sull’analisi dei dati provenienti da una casistica di cani con leptospirosi, sono stati confrontati due gruppi di cani, il primo con AKI da leptospirosi e l’altro con AKI per eziologie differenti. In queste due popolazioni di pazienti abbiamo valutato alcuni analiti sierici ed urinari come ad esempio l’escrezione elettrolitica frazionata e biomarker di AKI come NGAL. I cani con leptospirosi, hanno mostrato maggiore kaliuresi e più grave glicosuria rispetto a quelli non affetti da leptospirosi, così come erano più frequentemente glicosurici rispetto agli altri. Questi dati sono in analogia con quanto è riportato nell’uomo e dimostrano un pattern di danno tubulare tipico in corso di questa malattia se paragonato appunto ad altre cause di danno tubulare acuto e AKI La seconda parte riguarda la valutazione della funzionalità renale e del danno renale acuto in cani affetti da insufficienza valvolare mitralica. E’ stata incentrata sul danno renale in corso di cardiopatie e per questa ragione abbiamo pensato di valutare esclusivamente pazienti con MVD per varie ragioni: poiché sono pazienti che si presentano frequentemente nella pratica clinica; la malattia è tipicamente cronica e il paziente rimane stabile a lungo con un andamento progressivo della malattia; questi pazienti possono presentare frequenti episodi di AKI legati allo scompenso cardiaco e/o alla terapia con diuretico 3/o ace-i che questi animali ricevono. Abbiamo valutato prospetticamente l'impatto della terapia orale con furosemide sulla chimica urinaria, nei cani con malattia della valvola mitrale mixomatosa. Tali differenze sono state attribuite all'effetto della terapia con furosemide sugli elettroliti renali. La chimica urinaria è utile per stimare la risposta diuretica nei cani con malattie cardiache. I dati suggeriscono differenze significative tra i diversi stadi ACVIM con particolare riferimento all’escrezione elettrolitica di Sodio, Potassio e Cloro.

Applicazioni tecnologiche e nuovi metodi di valutazione della performance negli sport acquatici

Nello sport di alto livello l’uso della tecnologia ha raggiunto un ruolo di notevole importanza per l’analisi e la valutazione della prestazione. Negli ultimi anni sono emerse nuove tecnologie e sono migliorate quelle pre-esistenti (i.e. accelerometri, giroscopi e software per l’analisi video) in termini di campionamento, acquisizione dati, dimensione dei sensori che ha permesso la loro “indossabilità” e l’inserimento degli stessi all’interno degli attrezzi sportivi. La tecnologia è sempre stata al servizio degli atleti come strumento di supporto per raggiungere l’apice dei risultati sportivi. Per questo motivo la valutazione funzionale dell’atleta associata all’uso di tecnologie si pone lo scopo di valutare i miglioramenti degli atleti misurando la condizione fisica e/o la competenza tecnica di una determinata disciplina sportiva. L’obiettivo di questa tesi è studiare l’utilizzo delle applicazioni tecnologiche e individuare nuovi metodi di valutazione della performance in alcuni sport acquatici. La prima parte (capitoli 1-5), si concentra sulla tecnologia prototipale chiamata E-kayak e le varie applicazioni nel kayak di velocità. In questi lavori è stata verificata l’attendibilità dei dati forniti dal sistema E-kayak con i sistemi presenti in letteratura. Inoltre, sono stati indagati nuovi parametri utili a comprendere il modello di prestazione del paddler. La seconda parte (capitolo 6), si riferisce all’analisi cinematica della spinta verticale del pallanuotista, attraverso l’utilizzo della video analisi 2D, per l’individuazione delle relazioni Forza-velocità e Potenza-velocità direttamente in acqua. Questo studio pilota, potrà fornire indicazioni utili al monitoraggio e condizionamento di forza e potenza da svolgere direttamente in acqua. Infine la terza parte (capitoli 7-8), si focalizza sull’individuazione della sequenza di Fibonacci (sequenza divina) nel nuoto a stile libero e a farfalla. I risultati di questi studi suggeriscono che il ritmo di nuotata tenuto durante le medie/lunghe distanze gioca un ruolo chiave. Inoltre, il livello di autosomiglianza (self-similarity) aumenta con la tecnica del nuoto.