Studio e validazione di un modello di circolazione fetoplacentare

Tesi di Laurea

Facoltà: Ingegneria

Autore: Roberto Barbon Contatta »

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Obiettivo di questo lavoro è stato lo studio della circolazione feto-placentare attraverso l'analisi di un modello matematico costruito sulla base di attuali conoscenze e di nuovi studi dei vasi placentari. Un punto di interesse è costituito dalla possibilità di utilizzare il modello per effettuare esami in grado di rilevare precocemente alcune patologie della gravidanza.

Lo studio si è avvalso di una sperimentazione che ha contribuito a verificare ipotesi di funzionamento della placenta proponendo metodi innovativi di misurazione della caratteristiche vascolari. La sperimentazione è stata sviluppata in due anni durante circa 50 sedute di prova presso l’Ospedale S. Paolo di Milano.
La placenta veniva collegata ad un dispositivo in grado di simulare le condizioni fisiologiche. Il circuito ha permesso di attuare una perfusione controllata, impiegando come fluido di perfusione sangue bovino.
Gli esperimenti hanno garantito la perfusione del letto placentare mediamente per 15 minuti. Le portate d'ingresso erano comprese tra 100 e 220 cc/min, con pressione fisiologica.
La principale difficoltà incontrata nasce dal tentativo di alimentare le arterie ombelicali con portate fisiologiche, poiché si generano pressioni elevate a causa di uno stato di generale vasocostrizione. Il fenomeno è stato riscontrato da tutti gli altri ricercatori che si sono occupati di perfusione placentare in vitro, i quali non hanno potuto raggiungere i nostri valori di portata, neppure utilizzando soluzione fisiologica.
Si è anche evidenziata una notevole reattività della placenta all’anidride carbonica. Inoltre si è riscontrato e quantificato un trasudamento di siero, dimostrato dal progressivo aumento dell'ematocrito.

Il circuito è stato successivamente impiegato per esperimenti svolti usando una soluzione di formaldeide e glutaraldeide. La perfusione con tale fluido è stata protratta mediamente per 23 minuti, con una portata di 100-250 cc/min, rilevando una pressione arteriosa sempre inferiore a 120 mmHg.
L'analisi al microscopio delle placente ha confermato la qualità della perfusione, ed ha reso possibile una misurazione dei calibri dei vasi placentari in pressione.
I valori riscontrati, per i primi ordini di vasi, risultano in contrasto con quelli riportati in letteratura. Il dispositivo messo a punto si propone dunque come ausilio per uno studio morfometrico e anatomico della rete vascolare placentare.

Il modello, realizzato attraverso un circuito elettrico equivalente, è stato impiegato per studiare dapprima l’emodinamica nella situazione fisiologica e quindi in situazioni patologiche, corrispondenti a infarti placentari. I grafici ottenuti, relativi alle portate in arterie ombelicali ed in aorta, in condizione fisiologica, coincidono con le flussimetrie esistenti.
I grafici delle situazioni patologiche evidenziano analogie con i dati clinici (variazioni delle forme d'onda e degli indici adimensionali a fronte di infarti di percentuali note del parenchima). In particolare, all'aumentare del grado di patologia, non si è osservata la diminuzione di pulsatilità della portata nelle arterie ombelicali evidenziata da modelli precedenti, ma la forma dell'onda rimane pressoché invariata, e la diminuzione della portata istantanea a fine diastole avviene più velocemente della corrispondente diminuzione della portata media, coerentemente con i dati clinici.
Le variazioni nei parametri PI, A/B e RI sono molto deboli in caso di situazioni patologiche lievi, e un loro scostamento significativo dai valori fisiologici avviene in caso di patologie già compromettenti l'organo.

E' stata invece riscontrata una interessante variazione tra il segnale ECG e parametri del flusso del sangue nelle arterie ombelicali. L'andamento di tale variazione è lineare, ed assume valori apprezzabili già con occlusione lieve dei vasi, prima che si verifichino variazioni analoghe nelle caratteristiche delle curve di portata.
Il fenomeno ancora non è stato osservato in ambito clinico, ma risulta controllabile con i mezzi attuali, e fornisce la possibilità di realizzare una nuova apparecchiatura diagnostica, in grado di evidenziare l'instaurarsi di patologie a carico del letto vascolare placentare con notevole anticipo.

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Studio e validazione di un modello della circolazione feto-placentare 5 Introduzione La circolazione feto-placentare è ormai da parecchi anni oggetto di grande interesse da parte dell'ostetricia. La placenta è un organo preposto al mantenimento delle funzioni vitali e al nutrimento del feto durante la gravidanza: si sviluppa assieme ad esso e termina la sua funzione al momento del parto. In particolare sostituisce l'apparato respiratorio, garantisce lo scambio di alimenti e di sostanze di scarto e opera una funzione regolatrice della temperatura del feto, in assenza di un adeguato sviluppo delle zone del sistema nervoso centrale preposte a tale funzione. Ma nonostante la sua estrema importanza l'abbia fatta oggetto di decenni di ricerche, non sono state raggiunte risposte definitive a molti dei quesiti che la riguardano. Per esempio ancora non sono chiarite la struttura microscopica della placenta durante la gravidanza e la distribuzione del flusso sanguigno al suo interno. Quesiti più complessi, evidentemente non ancora del tutto analizzabili, riguardano il trasferimento di sostanze organiche ed il metabolismo. Risposte a queste domande, se confortate da una buona attendibilità, consentirebbero di chiarire le controversie su come avviene l'ossigenazione del sangue del feto e sulle cause delle tante patologie della gravidanza tuttora classificate tra quelle ad eziologia sconosciuta. Allo stato attuale le conoscenze su problemi quali il ritardo di crescita intrauterina (IUGR), la tossicologia e la teratologia, sono ancora prive di solide conferme sperimentali. Inoltre la ricerca clinica non promette grandi passi in questa direzione in quanto, per questioni etiche, esperimenti e prove invasive sul feto non sono proponibili. Per quanto riguarda le misurazioni indirette, l'applicazione clinica della velocimetria basata sul principio Doppler ha reso possibile descrivere le caratteristiche del flusso ematico sia della parte fetale sia della parte materna della placenta, ma la strumentazione attualmente disponibile può fornire misurazioni con tolleranze dell'ordine del 35% e, fatto molto rilevante, l'attendibilità dei risultati dipende dall'abilità dell'operatore a causa della difficoltà di posizionamento delle sonde. Ricerche con l'utilizzo di tecniche di misurazione diretta, farmaci e sostanze radioattive sono state condotte su animali, ma non hanno portato a risultati conclusivi: si è osservato piuttosto che ogni specie animale ha sviluppato nel corso dell'evoluzione un diverso