In vitro characterization of the three-dimensional strain pattern in human vertebrae affected by metastases

La colonna vertebrale è la principale sede di metastasi, le quali possono alterare la normale distribuzione dei tessuti ossei e ridurre la capacità della vertebra di sostenere carichi. L’instabilità spinale causata dalle metastasi, tuttavia, è di difficile determinazione. La caratterizzazione meccanica delle vertebre metastatiche permetterebbe di identificare e, di conseguenza trattare, quelle ad alto rischio di frattura. In questo studio, ho valutato il comportamento meccanico a rottura di vertebre umane affette da metastasi misurando in vitro il campo di deformazione. Undici provini, costituiti da due vertebre centrali, una metastatica e una sana, sono stati preparati e scansionati applicando carichi graduali di compressione in una micro-tomografia computerizzata (μCT). Le deformazioni principali sono state misurate attraverso un algoritmo globale di Digital Volume Correlation (DVC) e successivamente sono state analizzate. Lo studio ha rivelato che le vertebre con metastasi litiche raggiungono deformazioni maggiori delle vertebre sane. Invece, le metastasi miste non assicurano un comportamento univoco in quanto combinano gli effetti antagonisti delle lesioni litiche e blastiche. Dunque la valutazione è stata estesa a possibili correlazioni tra il campo di deformazione e la microstruttura della vertebra. L'analisi ha identificato le regioni in cui parte la frattura (a più alta deformazione), senza identificare, in termini microstrutturali, una zona preferenziale di rottura a priori. Infatti, alcune zone con un pattern trabecolare denso, presunte più rigide, hanno mostrato deformazioni maggiori di quelle dei tessuti sani, sottolineando l’importanza della valutazione della qualità del tessuto osseo. Questi risultati, generalizzati su un campione più ampio, potrebbero essere utilizzati per implementare nuovi criteri negli attuali sistemi di valutazione dell'instabilità spinale.

Stratigrafia paleobiologica a macroinvertebrati marini nel Pleistocene inferiore-medio di Montalbano Jonico (Basilicata)

La tesi analizza le dinamiche a macroinvertebrati bentonici marini lungo la “Sezione Ideale” di Montalbano Jonico (Matera) che era stata candidata a GSSP per il Pleistocene medio. Obiettivo è quello determinare se le associazioni a molluschi avessero risposto alle dinamiche glaciale interglaciale, individuate dagli isotopi stabili dell’ossigeno, anche in contesti relativamente profondi. Unendo tutti i dati raccolti è stato possibile affermare che le associazioni a macroinvertebrati bentonici abbiano risposto alle variazioni climatiche e hanno permesso di quantificare le oscillazioni del livello marino alla scala glaciale interglaciale. Inoltre, analizzando i depositi messisi in posto durante il MIS 19, sono state ricostruite delle oscillazioni a scala sub-milankoviana. Questo ha permesso di constatare che negli stadiali del MIS 19a siano documentate delle associazioni a macroinvertebrati bentonici con strutture tassonomiche simili a quelle rinvenute nel MIS 20. Le evidenze raccolte ci permettono di affermare che alla scala della ciclicità climatica di 104-5 anni il turnover faunistico sia associabile alle variazioni batimetriche, ad una scala a più alta frequenza (103-4 anni), il turnover sia invece maggiormente influenzato dalla stabilità dei parametri ambientali che contraddistinguono gli ambienti deposizionali campionati. Nel dettaglio periodi glaciali e stadiali del MIS 19a, sono caratterizzati da associazioni dominate da Ditrupa che indicata instabilità legata ad apporti sedimentari e/o torbidità dell’acqua. Mentre, periodi di interstadiali e interglaciali presentano depositi caratterizzati da associazioni dominate da Tritia e Alvania che testimoniano contesti di piattaforma esterna e ridotti apporti terrigeni. In conclusione, l’analisi delle associazioni a macroinvertebrati marini ha permesso di identificare i principali “driver” ambientali del turnover faunistico a diverse scale temporali e ricostruire le dinamiche paleoambientali lungo la Sezione Ideale.

Evaluation of the microstructural pattern and mechanical behaviour of human metastatic vertebrae

La spina dorsale è uno dei principali siti di sviluppo di metastasi ossee. Queste alterano sia la composizione strutturale che il comportamento meccanico delle vertebre metastatiche, riducendone la resistenza meccanica ed aumentandone il rischio di rottura. Questo studio ha valutato la composizione microstrutturale ed il comportamento meccanico a rottura in specifiche regioni all’interno di vertebre metastatiche. 11 segmenti vertebrali da cadavere, costituiti da una vertebra sana ed una con metastasi (litica, mista o blastica), sono stati testati con carichi graduali di compressione e scansionati con microCT. Le deformazioni interne sono state misurate tramite un algoritmo globale di Digital Volume Correlation (DVC). I risultati dall’analisi microstrutturale hanno mostrato l’ influenza sulla microstruttura delle diverse tipologie di metastasi in corrispondenza della lesione, mentre le caratteristiche microstrutturali nelle regioni intorno alla lesione sono risultate simili a quelle delle vertebre sane. L’analisi delle deformazioni ha inoltre permesso di valutare l’ effetto delle diverse tipologie di metastasi nel compromettere la stabilità spinale. Le vertebre con metastasi litiche hanno raggiunto deformazioni maggiori in corrispondenza della lesione, regione meccanicamente più debole e con una microstruttura maggiormente compromessa a causa della metastasi. Le vertebre con metastasi blastiche hanno raggiunto deformazioni minori nella lesione, regione che ha mostrato una maggiore resistenza meccanica ai carichi, e deformazioni maggiori nelle zone più lontane. Le vertebre con metastasi miste hanno mostrato un comportamento meccanico non univoco, legato alla predominanza di una lesione sull’altra. Infatti, la posizione e la proporzione tra le due lesioni sembra influenzare il comportamento meccanico. I risultati di questo studio, una volta generalizzati, potrebbero portare alla spiegazione delle cause di instabilità meccanica nelle vertebre metastatiche.

Analisi di stabilità della tomba Lattanzi nell'area archeologica della necropoli di Norchia

La tematica al centro della tesi è la valutazione della stabilità del versante roccioso in cui si colloca la tomba Lattanzi, facente parte della necropoli Norchia (VT), e la proposta preliminare di interventi a basso impatto per la conservazione del sito. Le attività svolte sono riportate di seguito: - inquadramento geografico, storico ed archeologico della necropoli di Norchia e della tomba Lattanzi; - inquadramento geologico e geomorfologico sviluppato consultando la carta geologica d’Italia in scala 1:50.000 e carte tematiche riguardanti la zona di interesse, comprese quelle del progetto IFFI (Inventario dei Fenomeni Franosi in Italia); - inquadramento sismico dell’area, condotto a partire dai dati forniti dall’INGV per il comune di Viterbo; - inquadramento meteo-climatico del comune di Viterbo; - inquadramento topografico attraverso nuvola di punti generata da rilievo laser scanner; - caratterizzazione fisica e meccanica del materiale roccioso tramite prove di laboratorio; - caratterizzazione delle discontinuità tramite rilievi in situ; - classificazione tecnica dell’ammasso; - creazione di un modello geotecnico del sottosuolo; - analisi cinematica effettuata tramite il programma Dips®; - analisi con il metodo dell’equilibrio limite e analisi numerica effettuata tramite il programma Plaxis®; - elaborazione dei risultati ottenuti e proposte di intervento quali: Intervento con ancoraggi passivi e sottofondazione al piede della tomba con una muratura in conci di tufo. Le analisi svolte, seppur semplificate, consentono di definire i possibili fenomeni di instabilità del versante nelle condizioni attuali e, in una ottica di conservazione preventiva, di effettuare scelte di gestione del sito che evitino interventi impattanti.

Rilevamento geologico della zona del Passo Rolle (TN) con elementi di geomeccanica

Nel lavoro vengono presentati i risultati del rilevamento geologico svolto nell'area di San Martino di Castrozza, nel mese di giugno 2022, durante il campo geologico. L'approfondimento tematico verte sull'analisi di stabilità di versante nel Monte Castellazzo. Gli studi sono stati accompagnati dal rilevamento geomeccanico che ha permesso di determinare i parametri necessari alla caratterizzazione dell'ammasso e alle verifiche cinematiche, e mediante un softwere di plottare i dati in degli stereoneit per definire gli eventi di instabilità associati ad ogni settore del Monte Castellazzo.

Analisi dei tornado del 19 settembre 2021 in Pianura Padana tramite simulazioni numeriche ad altissima risoluzione

Il 19 settembre 2021 si sono formati in poche ore 7 tornado tra Lombardia ed Emilia Romagna, 4 dei quali di intensità F2. Una simile sequenza di tornado in Pianura Padana non ha precedenti. Il caso studio è stato analizzato sia dal punto di vista delle osservazioni che attraverso simulazioni numeriche ad altissima risoluzione con la catena modellistica BOLAM-MOLOCH, allo scopo di comprendere i meccanismi fisici che hanno portato alla genesi delle supercelle tornadiche. E' stata verificata la capacità del modello MOLOCH di simulare accuratamente lo sviluppo delle supercelle, alla luce dei modelli teorici in letteratura. Tramite le osservazioni al suolo, è stato osservato come durante l'evento sulla Pianura Padana si sia creato un "punto triplo", ossia una convergenza tra tre masse d'aria con caratteristiche diverse, nei pressi di dove si sono verificati i tornado. Per l'innesco della convezione è stato fondamentale il contributo di un cut-off low in quota, associato a un fronte freddo al suolo sulla pianura lombarda. Inoltre, l'avvezione di aria umida e instabile dall'Adriatico verso i settori di innesco, in prossimità della superficie, ha rivestito un ruolo rilevante. In Emilia invece è stata probabilmente determinante una convergenza tra il flusso instabile di origine adriatica e il flusso sud-occidentale sceso dagli Appennini. Per quanto riguarda l'intensificazione e il successivo sviluppo delle supercelle e dei tornado, sono state individuate due sorgenti principali di vorticità orizzontale: la vorticità baroclina che si è generata lungo il fronte freddo in Lombardia e la vorticità generata dallo shear verticale in presenza di un low-level jet. La circolazione nei bassi strati atmosferici ha trasportato la vorticità generata da entrambe queste sorgenti verso i sistemi convettivi in Lombardia, dove il processo di tilting ha trasformato la vorticità orizzontale in vorticità verticale ciclonica.

La Lussazione della Rotula - Confronto tra Trattamento Conservativo e Trattamento Chirurgico: una Revisione Sistematica della Letteratura.

Background: La lussazione traumatica della rotula rappresenta il 2-3% delle lesioni riguardanti il ginocchio. È una condizione comune negli adolescenti e colpisce maggiormente il sesso femminile. Si associa spesso ad instabilità rotulea, alti tassi di ridislocazione, dolore, difficoltà nel ritorno alle attività di vita quotidiana e allo sport e artrosi dell’articolazione femoro-rotulea. Obiettivo: Lo scopo di questa Revisione Sistematica è confrontare i risultati di studi randomizzati controllati che esaminano l’efficacia di due tipi di trattamento, chirurgico e conservativo, rispetto a: funzionalità del ginocchio, tasso di ridislocazione, qualità di vita e ritorno allo sport nei pazienti affetti da un primo episodio di lussazione rotulea. Metodi: La ricerca è stata condotta sulle banche dati PubMed, Cochrane Library e PEDro. Sono stati selezionati RCT in lingua inglese senza imporre limiti temporali, che presentavano entrambi i trattamenti, chirurgico e conservativo, e un follow up di almeno due anni. I partecipanti dovevano essere affetti unicamente da un primo episodio di lussazione. La qualità metodologica degli articoli è stata valutata tramite la PEDro scale. Risultati: Otto articoli hanno soddisfatto i criteri di eleggibilità e sono stati inclusi nella Revisione. Il punteggio medio alla PEDro scale di 3.6/10 ha rivelato una scarsa qualità metodologica degli articoli. La gran parte degli studi ha rilevato una riduzione del tasso di ridislocazione con il trattamento chirurgico, mentre non c’è concordanza nell’affermare la sua superiorità per migliorare la funzionalità del ginocchio. Conclusioni: Gli studi inclusi non hanno mostrato una chiara efficacia di un trattamento rispetto all’altro, se non riguardo al tasso di ridislocazione, ma la loro scarsa qualità metodologica rende tali risultati inaffidabili. Pertanto, sono necessari studi di qualità superiore per determinare con maggior precisione l’efficacia comparativa dei due interventi.

Strategie terapeutiche nel trattamento riabilitativo del soggetto affetto da Malattia di Parkinson: Scoping Review

Background: La Malattia di Parkinson è una malattia neurodegenerativa che dà disturbi del movimento tipici: tremore a riposo, ipocinesia o bradicinesia, rigidità e instabilità posturale; inoltre, include anche disturbi non motori quali: ansia, depressione, disturbi del sonno, disfagia, disartria e deterioramento cognitivo. L’insieme dei sintomi motori e non motori influenza la quotidianità del paziente, riduce la partecipazione e la qualità di vita in tutte le fasi della malattia. La riabilitazione motoria può aiutare a mitigare gli effetti dei sintomi motori e migliorare la qualità della vita del soggetto con PD[6,7], ma non esiste un protocollo univoco per il trattamento di questa malattia. Obiettivo: l’obiettivo di questa Scoping Review è di individuare strategie terapeutiche alternative al trattamento convenzionale nel percorso riabilitativo del paziente affetto da Malattia di Parkinson. Disegno dello studio: sono stati presi in considerazione studi pubblicati tra il 2020 e il 2022 su diverse attività non tradizionali proposte a pazienti con Parkinson. Le banche dati utilizzate sono PubMed, PEDro e Cochrane Library. Sono stati posti come criteri di inclusione: soggetti esclusivamente con Malattia di Parkinson di età > 18 anni e articoli in lingua inglese. Sono stati inclusi quindi Review, RCT e articoli di giornali che soddisfacessero la checklist della PRISMA Extension per le Scoping Review. Risultati: al termine della selezione, sono stati inclusi 6 studi che facevano riferimento ad attività come il ballo, l’arrampicata sportiva, l’esercizio in acqua, lo Yoga, il Nordic Walking e la teleriabilitazione nel PD. Conclusioni: la letteratura analizzata fornisce buoni risultati legati alle attività per il trattamento di sintomi motori e non motori del soggetto con PD. Tuttavia, gli studi hanno riportato la necessità di eseguire ulteriori prove per una conferma dell’efficacia statisticamente significativa sui disturbi del PD, con gruppi di pazienti più ampi.

Validation of microFE models of human metastatic vertebrae

La colonna vertebrale è uno dei principali siti per lo sviluppo delle metastasi ossee. Esse modificano le proprietà meccaniche della vertebra indebolendo la struttura e inducendo l’instabilità spinale. La medicina in silico e i modelli agli elementi finiti (FE) hanno trovato spazio nello studio del comportamento meccanico delle vertebre, permettendo una valutazione delle loro proprietà meccaniche anche in presenza di metastasi. In questo studio ho validato i campi di spostamento predetti da modelli microFE di vertebre umane, con e senza metastasi, rispetto agli spostamenti misurati mediante Digital Volume Correlation (DVC). Sono stati utilizzati 4 provini da donatore umano, ognuno composto da una vertebra sana e da una vertebra con metastasi litica. Per ogni vertebra è stato sviluppato un modello microFE omogeneo, lineare e isotropo basato su sequenze di immagini ad alta risoluzione ottenute con microCT (voxel size = 39 μm). Sono state imposte come condizioni al contorno gli spostamenti ottenuti con la DVC nelle fette prossimali e distali di ogni vertebra. I modelli microFE hanno mostrato buone capacità predittive degli spostamenti interni sia per le vertebre di controllo che per quelle metastatiche. Per range di spostamento superiori a 100 μm, il valore di R2 è risultato compreso tra 0.70 e 0.99 e il valore di RMSE% tra 1.01% e 21.88%. Dalle analisi dei campi di deformazione predetti dai modelli microFE sono state evidenziate regioni a maggior deformazione nelle vertebre metastatiche, in particolare in prossimità delle lesioni. Questi risultati sono in accordo con le misure sperimentali effettuate con la DVC. Si può assumere quindi che il modello microFE lineare omogeneo isotropo in campo elastico produca risultati attendibili sia per le vertebre sane sia per le vertebre metastatiche. La procedura di validazione implementata potrebbe essere utilizzata per approfondire lo studio delle proprietà meccaniche delle lesioni blastiche.

Fenomenologia della grandine alle medie latitudini

Nell’ultimo decennio, la grandine è diventata oggetto di numerosi articoli e approfondimenti. Moderne ricerche climatologiche mostrano che tale fenomeno è in aumento in alcune aree geografiche, ma ne rimane ignota l’esatta ragione. La grandine è un evento atmosferico che può essere disastroso in molti ambiti della vita umana, essendo capace di provocare danni economici di grande portata. Sfortunatamente, la capacità previsionale risulta ancora inefficace in questo campo, anche se recentemente sono stati compiuti numerosi progressi grazie all’utilizzo di nuovi strumenti osservativi da satelliti e all’ausilio di simulazioni sempre più efficienti. Questo lavoro vuole sintetizzare le principali conoscenze teoriche e fenomenologiche della grandine, partendo dalla presentazione della struttura dei sistemi temporaleschi e poi approfondendo la teoria microfisica che sta alla base della sua crescita. L’obiettivo `e quello di fornire gli strumenti necessari ad una conoscenza approfondita del fenomeno e di dare un’idea di come esso può essere studiato e capito. Infatti, concluderemo l’elaborato spiegando delle reali simulazioni che sono state compiute in questo campo; una di natura meteorologica, che ha l’obiettivo di illustrare l’importanza delle simulazioni nell’analisi previsionale degli eventi atmosferici, ed una riguardante un modello microfisico, che `e stato capace di ottenere risultati innovativi sul fenomeno dell’accrezione.

Progettazione di un impalcato da ponte a sezione mista acciaio-calcestruzzo

In questa tesi si è sviluppata la progettazione di un impalcato da ponte a sezione mista acciaio-calcestruzzo dal punto di vista statico in accordo con le normative vigenti. In particolare, è stato studiato il caso di impalcato bitrave, secondo uno schema di ponte a travata continua. La progettazione ha riguardato le principali componenti di un impalcato misto, a partire dal primo elemento di trasmissione dei carichi, ovvero la soletta di calcestruzzo, per poi proseguire con le travi longitudinali principali, gli irrigidimenti, i connettori a taglio, i collegamenti e i traversi. Per ognuno di essi, sono state effettuate le verifiche secondo il metodo semiprobabilistico agli stati limite descritto negli Eurocodici.

Traveling waves nei modelli di reazione e diffusione. Il modello di Tuckwell-Miura per la Cortical Spreading Depression

In questa tesi viene discusso il ruolo delle equazioni di diffusione e reazione e delle loro soluzioni di tipo traveling waves in alcuni modelli matematici per le scienze biomediche. Prima di tutto, viene analizzata l’equazione di Fisher-Kolmogorov-Petrovskii-Piskunov, che costituisce il prototipo di pdes di diffusione e reazione ad una specie. In seguito, si determinano condizioni per la nascita di instabilità di Turing nei modelli a due specie interagenti. La nostra attenzione si rivolge poi ai sistemi di diffusione e reazione con termini sorgente degeneri e caratterizzati dal possedere una famiglia di stati di equilibrio che dipende in modo continuo da un insieme di parametri. Si studiano gli effetti che una perturbazione ampia e fortemente localizzata di una delle popolazioni ha sulle soluzioni di tali sistemi e si ricavano condizioni affinché si generino traveling waves. Da ultimo, come applicazione degli studi effettuati, si analizza il modello di Tuckwell-Miura per la cortical spreading depression, un fenomeno in cui un’onda di depolarizzazione si propaga nelle cellule nervose della corteccia cerebrale.

Energia gravitazionale in astrofisica

In questa trattazione, sarà data una definizione di energia potenziale partendo dal modello della gravità Newtoniana, e verranno illustrati - molto brevemente, e senza entrare troppo nei dettagli - alcuni fenomeni astrofisici nei quali l’interazione gravitazionale tra corpi (e dunque il concetto di energia gravitazionale) gioca un ruolo fondamentale. In particolare, verrà introdotto il concetto di buco nero, per poi accennare alla fisica dell’accrescimento caratteristica dei nuclei galattici attivi. In seguito, verrà esposto il teorema del Viriale in forma scalare, se ne accennerà il ruolo nella catastrofe gravotermica riguardante gli ammassi globulari, e quello nella nascita di nuove stelle tramite l’instabilità di Jeans. Infine, verrà trattata la curva di rotazione delle galassie a spirale, e si parlerà del ragionamento che ha portato all’intuizione della materia oscura, di cui l’Universo è pervaso.

Applicazione allo scenario italiano di un modello di costo dinamico per l'ottimizzazione del mix energetico e la gestione della rete elettrica

Nell’attuale contesto energetico di forte instabilità, prezzi e produttività subiscono continue variazioni a causa di fattori politici ed economici. Il sistema elettrico è chiamato a rispondere velocemente ai cambiamenti garantendo continuamente il soddisfacimento del fabbisogno di energia elettrica. Nel presente elaborato viene utilizzato un modello di costo dinamico, estratto dalla letteratura scientifica, con lo scopo di gestire efficientemente i flussi energetici e garantire una programmazione ottimale del mix produttivo. Viene analizzato lo scenario italiano mettendo in relazione produzione, trasmissione e domanda energetica. I dati utilizzati fanno riferimento, quanto più possibile, al contesto attuale. Coerentemente con la situazione reale i risultati ottenuti mettono in risalto le criticità e i punti di forza principali del sistema elettrico italiano delineando i possibili cambiamenti attuabili a medio termine.