Electrolyte disorders in the human ventricle. A simulation study.

Ventricular cells are immersed in a bath of electrolytes and these ions are essential for a healthy heart and a regular rhythm. Maintaining physiological concentration of them is fundamental for reducing arrhythmias and risk of sudden cardiac death, especially in haemodialysis patients and in the heart diseases treatments. Models of electrically activity of the heart based on mathematical formulation are a part of the efforts to improve the understanding and prediction of heart behaviour. Modern models incorporate the extensive and ever increasing amounts of experimental data in incorporating biophysically detailed mechanisms to allow the detailed study of molecular and subcellular mechanisms of heart disease. The goal of this project was to simulate the effects of changes in potassium and calcium concentrations in the extracellular space between experimental data and and a description incorpored into two modern biophysically detailed models (Grandi et al. Model; O’Hara Rudy Model). Moreover the task was to analyze the changes in the ventricular electrical activity, in particular by studying the modifications on the simulated electrocardiographic signal. We used the cellular information obtained by the heart models in order to build a 1D tissue description. The fibre is composed by 165 cells, it is divided in four groups to differentiate the cell types that compound human ventricular tissue. The main results are the following: Grandi et al. (GBP) model is not even able to reproduce the correct action potential profile in hyperkalemia. Data from hospitalized patients indicates that the action potential duration (APD) should be shorter than physiological state but in this model we have the opposite. From the potassium point of view the results obtained by using O’Hara model (ORD) are in agreement with experimental data for the single cell action potential in hypokalemia and hyperkalemia, most of the currents follow the data from literature. In the 1D simulations we were able to reproduce ECGs signal in most the potassium concentrations we selected for this study and we collected data that can help physician in understanding what happens in ventricular cells during electrolyte disorder. However the model fails in the conduction of the stimulus under hyperkalemic conditions. The model emphasized the ECG modifications when the K+ is slightly more than physiological value. In the calcium setting using the ORD model we found an APD shortening in hypocalcaemia and an APD lengthening in hypercalcaemia, i.e. the opposite to experimental observation. This wrong behaviour is kept in one dimensional simulations bringing a longer QT interval in the ECG under higher [Ca2+]o conditions and vice versa. In conclusion it has highlighted that the actual ventricular models present in literature, even if they are useful in the original form, they need an improvement in the sensitivity of these two important electrolytes. We suggest an use of the GBP model with modifications introduced by Carro et al. who understood that the failure of this model is related to the Shannon et al. model (a rabbit model) from which the GBP model was built. The ORD model should be modified in the Ca2+ - dependent IcaL and in the influence of the Iks in the action potential for letting it him produce a correct action potential under different calcium concentrations. In the 1D tissue maybe a heterogeneity setting of intra and extracellular conductances for the different cell types should improve a reproduction of the ECG signal.

Studio, progettazione e realizzazione di un regolatore di carica per batterie al piombo gel, con algoritmo mppt, per applicazioni fotovoltaiche in isola

Studio, progettazione e realizzazione di un regolatore di carica per batterie al piombo gel, con algoritmo mppt, per applicazioni fotovoltaiche in isola

Coatings ibridi organici-inorganici ottenuti mediante processo sol-gel e contenenti assorbitori di radiazioni uv

In questo progetto di tesi si è cercato il modo di rendere più efficace la resistenza dei materiali plastici alla fotodegradazione indotta dai raggi ultravioletti, attraverso l’utilizzo di coatings ibridi organici-inorganici preparati utilizzando il processo sol-gel. Tali rivestimenti in grado di migliorare la resistenza superficiale potrebbero essere applicati a diversi materiali ed in particolare ai policarbonati che per le loro eccellenti proprietà di trasparenza vengono molto utilizzati in illuminotecnica ed altre applicazioni per l’esterno. In particolare il lavoro ha riguardato lo studio e l’utilizzo di due assorbitori UV di tipo fenolico, il 2,2’-diidrossi-4-metossibenzofenone e il 2,2’,4,4’-tetraidrossibenzofenone. Si è provato a non collocare semplicemente tali assorbitori all’interno del coating sol-gel ma a legarli covalentemente al network tridimensionale di silani auspicando una migliore resistenza alla fotodegradazione UV-indotta. Il nostro interesse si è concentrato soprattutto sul 2,2’,4,4’-tetraidrossibenzofenone, in quanto abbiamo visto che una sua funzionalizzazione rispetto all’altro assorbitore UV risulta più semplice ed efficace.

Caratterizzazione sperimentale dell'efficienza di batterie al gel di piombo

Fino a pochi anni fa l’economia dei paesi più sviluppati non teneva in nessun conto l’esauribilità delle risorse del pianeta. La crescita dei paesi cosiddetti emergenti ci ha messo di fronte ad un problema enorme: ciò che la terra produce non è più sufficiente per i consumi di tutti. In particolare è aumentato a dismisura il fabbisogno energetico di questi paesi: per soddisfarlo ogni risorsa viene utilizzata senza tenere conto degli effetti inquinanti. Si cominciano già a vederne i primi, di cui il più evidente è il cambiamento climatico, che può portare a veri e propri scompensi ambientali anche nel breve periodo fino a vere e proprie catastrofi (se l’aumento di temperatura supererà i 3°C). Questo problema non è risolvibile istantaneamente ma è fondamentale cominciare a fare qualcosa: un sistema di incentivi che promuova il rinnovabile e adottare nuovi sistemi di sfruttamento dell’energia. In tale ambito sono stati fatti grandi passi, ma bisogna continuare in questo senso. Risulta quindi fondamentale l’utilizzo di energie rinnovabili, che hanno il grande vantaggio di non essere inquinanti ma allo stesso tempo, non essendo programmabili, per poterle sfruttare al meglio e in modo istantaneo necessitano di sistemi di accumulo che permettano all’utente di soddisfare immediatamente la richiesta. Studiamo quindi il comportamento di un sistema di approvvigionamento alimentato da fonte rinnovabile non programmabile per la produzione di idrogeno, che permette un semplice stoccaggio in bombole a una pressione relativamente bassa (10 bar), consentendone l’utilizzo sia come idrogeno purissimo che in un metanatore. In particolare verificheremo il comportamento del sistema di accumulo a gel di piombo; per ottenerne il miglior rendimento, ricercandone la migliore efficienza e le curve di funzionamento. Per ottenere la migliore efficienza del sistema occorre che i componenti vengano progettati, studiati ed utilizzati nelle più performanti condizioni di lavoro.