Una tecnica innovativa per il trattamento della fibrillazione atriale: ablazione non termica mediante elettroporazione

Attualmente, tutte le procedure di ablazione cardiaca per il trattamento delle aritmie si basano sull’uso di radiofrequenza e di cateteri per crioablazione. Nonostante l’evoluzione e i miglioramenti significativi nel design e nelle forme di erogazione dell’energia, sono state riscontrate svariate limitazioni, in particolar modo per quanto riguarda i danni termici collaterali ai tessuti vicini alla zona bersaglio. La terapia di ablazione a campo elettrico pulsato (PFA) rappresenta un approccio rivoluzionario per il trattamento di aritmie cardiache, specialmente per la fibrillazione atriale. Questa tecnica utilizza come fonte di energia l’elettroporazione, sistema in grado di creare un danno a livello della membrana cellulare, con una conseguente inattivazione delle cellule responsabili dell’aritmia. Grazie alla sua natura non termica e altamente specializzata per il tessuto miocardico, questa energia ha il grande vantaggio di essere più sicura ed efficiente rispetto ai convenzionali approcci di radiofrequenza e crioablazione, aprendo dunque una strada alternativa per il trattamento dei disturbi cardiaci.

Riparazione in vivo della conduzione elettrica nel tessuto specifico miocardico: stato dell'arte e prospettive future

Ogni anno si registrano aumenti nel numero di persone colpite da malattie cardiovascolari e, in particolare, dall’infarto del miocardio. L’insorgenza di questa patologia è accompagnata dalla perdita della componente cellulare che costituisce il tessuto cardiaco e dalla formazione di una cicatrice che, avendo limitate proprietà conduttive, ostacola il normale funzionamento del cuore. Le attuali terapie permettono la cura del solo tessuto danneggiato, ma non della conduzione elettrica. Pertanto, l’ingegneria tissutale si pone l’obiettivo di ristabilire questo collegamento elettrico attraverso l’utilizzo di scaffold realizzati a partire da specifici biomateriali. In questo elaborato si vuole porre l’attenzione sulla fabbricazione di cerotti cardiaci conduttivi a base di polianilina (PANI), mettendone in evidenza le criticità e i buoni risultati raggiunti dai test in laboratorio.

Telemonitoraggio dei dispositivi cardiaci impiantabili per la predizione dello scompenso

L'insufficienza cardiaca è una delle malattie cardiovascolari più comuni, nonché quella con maggiori tassi di riospedalizzazione. Nonostante numerosi pazienti siano sottoposti a impianto di defibrillatori cardiaci, come pacemaker e ICD, questo non è sufficiente a diminuire i casi di ricovero. L'innovazione tecnologica dei dispositivi impiantabili li ha resi compatibili con l'utilizzo del monitoraggio remoto che avviene attraverso la trasmissione di un enorme quantità di dati eterogenei, noti come Big Data. Questi offrono la possibilità di rilevare numerosi parametri da cui è possibile valutare il funzionamento del dispositivo e implementare algoritmi di medicina predittiva. In questo elaborato sono analizzati quattro casi studio (cardioMEMS, TRIAGE-HF, SELENE HF, multiSENSE), con lo scopo di confrontare gli algoritmi predittivi in essi sviluppati. Da questi studi, condotti su un insieme ristretto di campioni, è emerso che lo scompenso è predetto correttamente, ma con una previsione di riospedalizzazione a seguito di intervento che differisce in ogni studio clinico. Nello studio MultiSENSE, l'algoritmo ha previsto il 70% delle ospedalizzazioni, con un tempo medio di rilevamento di 34 giorni e 1,47 allarmi inspiegabili per anno-paziente. Questo rispetto al 65,5% e a un tempo medio di 42 giorni e rispetto a 0,63 allarmi inspiegabili per anno-paziente, nel SELENE HF. Nel caso del Triage-HF il tasso di ospedalizzazione è dello 0,2% per anno-paziente, in quanto lo studio è basato sull'associazione tra l'algoritmo e i sintomi che caratterizzano lo scompenso. Al contrario degli altri studi, lo studio cardioMEMS si è occupato di sviluppare una nuova tecnologia: un dispositivo wireless impiantabile; infatti, risulta l'unico studio con un monitoraggio remoto invasivo. Considerando la presenza di numerosi gradi di peggioramento dello scompenso e di differenti dispositivi impiantabili cardiaci è difficile creare un unico algoritmo che includa tutte le tipologie di pazienti.

Utilizzo della TMS nella riabilitazione post-ictus

L’ictus è la terza causa di morte al mondo, dopo le malattie cardiovascolari e le neoplasie, causando il 10-12% di tutti i decessi all’anno, ed è la principale causa di invalidità e la seconda di demenza. Solamente il 25% dei pazienti sopravvissuti guarisce completamente, mentre il 75% sopravvive con qualche forma di disabilità, e la metà di questi presenta un’invalidità talmente grave da non essere più autosufficiente. Il peso di questo disturbo dal punto di vista economico è altrettanto importante. In tutto il mondo, l’ictus è responsabile di circa il 2-4% dei costi totali per la sanità, e più del 4% delle spese sanitarie dirette nei paesi industrializzati. È evidente la necessità ottimizzare la diagnosi, il trattamento e la riabilitazione di questo disturbo. Una delle tecniche emergenti per la riabilitazione post ictus è la stimolazione magnetica transcranica (TMS). La TMS è una tecnica non invasiva e indolore di neuro stimolazione e neuro modulazione che permette di stimolare o inibire alcune aree della corteccia cerebrale. Questo metodo prevede l’induzione di un campo elettrico all’interno del cervello per mezzo della variazione di un campo magnetico esterno, che genererà la depolarizzazione o iperpolarizzazione dei neuroni sottostanti, e la conseguente nascita di potenziali di azione. Quando viene applicata alla corteccia motoria primaria, la TMS può attivare il tratto corticospinale e provocare degli spasmi nei muscoli associati, ovvero dei potenziali motori evocati (MEP), che possono fornire informazioni su diversi parametri fisiologici. La TMS può essere utilizzata come strumento di diagnosi, prognosi e terapia, a seconda della tipologia di stimolazione utilizzata, dalla tipologia di bobina e dalla sede della stimolazione. Lo scopo di questo elaborato è di descrivere le recenti applicazioni della TMS nella riabilitazione post ictus, facendo una distinzione tra il suo utilizzo come strumento di prognosi e di terapia.

Analisi e monitoraggio di indicatori idrologici e meteorologici per il preannuncio e la gestione delle emergenze idriche

Una importante problematica di risonanza mondiale è lo sviluppo di fenomeni sempre più frequenti di siccità e di scarsità idrica. Il presente elaborato intende illustrare come tale difficoltà stia colpendo il pianeta, con un focus sull’Italia e poi sull’Emilia-Romagna. Le cause scatenanti sono riconducibili all’aumento della popolazione, al depauperamento dei corpi idrici, ma soprattutto agli impatti del cambiamento climatico: incremento delle temperature, calo delle precipitazioni e quindi riduzione della ricarica delle fonti di approvvigionamento. Queste devono soddisfare un’intensa domanda da parte delle attività antropiche nonostante il loro stato sia sempre più preoccupante. In questo scenario è indispensabile adottare nuovi metodi per la gestione sostenibile delle riserve idriche, e il monitoraggio si rivela uno strumento utile in quanto fornisce informazioni dettagliate e aggiornate sullo stato quantitativo delle fonti. In particolare, il presente elaborato si focalizza sul progetto Resilient Dashboard, ideato in ambito regionale dalla collaborazione di più strutture operative di Hera S.p.A. Si tratta di uno strumento per l’analisi e il preannuncio di crisi idriche, basato sul monitoraggio di indicatori idrologici e meteorologici. Questo può essere di supporto per i gestori delle risorse, i quali possono individuare e poi intervenire sulle zone in cui si verifica maggiore criticità. Vengono dunque esaminati i processi che sono risultati necessari alla definizione del progetto, a partire dalla selezione degli elementi di interesse e dalla predisposizione delle elaborazioni da compiere su ciascuna tipologia di dato, fino allo sviluppo del criterio di assegnazione dei colori alle fonti e alle aree, per la segnalazione degli allarmi. Il progetto è ancora in corso di realizzazione, ma il suo obiettivo finale consiste nel produrre una piattaforma digitale di facile utilizzo che fornisca informazioni sullo stato delle fonti, in relazione alla domanda di risorsa.

Soluzione analitica di un modello semplificato per la circolazione sistemica

La circolazione sanguigna nell’organismo umano sfrutta un meccanismo ad hoc per trasportare gli scarti e tutte le sostanze necessarie al metabolismo cellulare. Il cuore rappresenta la pompa che dà al sangue la spinta per scorrere nei vasi e il ventricolo sinistro è la cavità cardiaca che contribuisce di più allo svolgimento di questo lavoro. Il modello pulsatile utilizzato in questo elaborato per la circolazione sistemica deriva dalla semplificazione di un modello a parametri concentrati precedentemente pubblicato. Nell’analogo elettrico di questo modello sono state incluse la resistenza al ritorno venoso, la resistenza al deflusso aortico e la resistenza arteriolare sistemica. Inoltre, la funzione di pompa del ventricolo è definita dalla complianza ventricolare tempo-variante e dal suo inverso, l’elastanza. Le valvole ventricolari sono simulate da due diodi e le capacità venose e arteriose tengono conto del comportamento elastico dei rispettivi compartimenti. Considerando il lavoro delle valvole, il ciclo cardiaco è stato suddiviso in sette intervalli temporali, per ciascuno dei quali è stato disegnato un analogo elettrico che descrive il comportamento degli elementi circuitali in quello specifico intervallo temporale. Attraverso l’applicazione delle leggi di Kirchoff agli analoghi elettrici sopra citati si scrivono le equazioni differenziali nelle funzioni incognite carica elettrica sulla complianza ventricolare e tensione arteriosa. Per ottenere le espressioni analitiche della soluzione delle equazioni differenziali si approssima l’elastanza con una funzione lineare a tratti e si utilizzano i teoremi per la risoluzione delle equazioni differenziali di ordine uno non omogenee. Le espressioni analitiche vengono implementate su Matlab, che consente di ottenere dei grafici della pressione venosa, arteriosa e ventricolare, dell’elastanza, del volume ventricolare e della portata aortica anche in risposta ad una diminuzione della resistenza arteriolare sistemica.