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Modello matematico di interazione tra emodinamica e ventilazione meccanica ad alta frequenza respiratoria in neonati pretermine

Informazioni tesi

  Autore: Giulia Portelli
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2011-12
  Università: Politecnico di Milano
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Biomedica
  Relatore: Giuseppe Baselli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 130

La ventilazione oscillatoria ad alta frequenza (HFOV) è considerata una modalità di ventilazione protettiva per i polmoni, applicando oscillazioni con volumi tidali ridotti, sovrapposte a un’elevata pressione media delle vie aeree (Paw). Le manovre di reclutamento (RM) svolte durante l’HFOV su neonati prematuri producono miglioramenti dell’ossigenazione e della complianza polmonare, ma possono essere critiche per la stabilità emodinamica. Lo scopo del lavoro è quello di valutare quali variabili emodinamiche siano maggiormente influenzate dalle RM durante l’HFOV nei neonati prematuri. Inoltre, si vuole simulare l’andamento temporale di variabili che non sono comunemente misurate in ambito clinico (output ventricolari destro e sinistro e flusso attraverso il dotto arterioso, se presente) e di variabili che non possono essere monitorate per motivi di invasività (pressione in arteria polmonare e volumi cardiaci). Un modello di interazione meccanica tra il sistema emodinamico e la ventilazione polmonare è stato sviluppato nell’ambiente di lavoro JSim, e i suoi parametri sono stati scalati per modellizzare un neonato pretermine medio di 27 settimane di età gestazionale (GA), 1 settimana di età postnatale (PNA) e 1000 g di peso (BW). La RM è stata simulata applicando una Paw che varia da 8 a 18 cmH2O in gradini di 2 cmH2O. Per validare l’influenza delle RM sulla pressione intratoracica e, di conseguenza, sull’emodinamica delle strutture intratoraciche, le simulazioni ottenute a ogni step di Paw sono state paragonate a dati clinici ottenuti da 7 neonati con caratteristiche medie come quelle sopra descritte.

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Introduzione 30 Introduzione Secondo i dati pubblicati dal National Vital Statistics Reports dello U.S. Department of Health and Human Services, nel 2010 il 12% dei nati era prematuro (età gestazionale inferiore alle 37 settimane). L’incidenza di nascite ad età gestazionale inferiore alle 34 settimane era del 3.5%, e tra queste si è riscontrata la condizione di Very Low Birth Weight (VLBW, ovvero peso alla nascita < 1500 g ed età gestazionale generalmente non superiore alle 28 settimane) nell’1.45% dei casi. La prematurità è stata dimostrata essere la causa principale di mortalità infantile nel mondo, con un milione di decessi ogni anno. I neonati che superano i primi mesi di vita devono spesso fronteggiare il rischio di condizioni di salute precarie a lungo termine: insufficienze respiratorie, paralisi cerebrali, difficoltà nell’apprendimento. Per questi neonati, il cui apparato respiratorio non è giunto a completo sviluppo, è necessario un approccio terapeutico che supporti la funzionalità polmonare: ciò richiede l’uso della ventilazione artificiale, necessaria per consentire un adeguato riempimento del polmone e per garantire un sufficiente scambio di gas con il sangue. In alcuni casi, questo contesto è aggravato dalla diagnosi di Sindrome da Distress Respiratorio Infantile (IRDS), una patologia che colpisce il 10% dei nati prematuri e la cui incidenza dipende dal grado di prematurità e dal peso alla nascita del neonato (Figura E). Gli alveoli del neonato sano sono rivestiti internamente da uno strato di surfattante, una sostanza lipidica prodotta dal polmone durante la maturazione del feto in preparazione alla nascita. Se il polmone del neonato prematuro non ha ancora secreto una sufficiente quantità di surfattante, esso non è in grado di distendersi a sufficienza durante l’atto respiratorio, tendendo invece al collasso. La conseguente riduzione della distensibilità del tessuto polmonare richiede un lavoro polmonare elevato e favorisce lo sviluppo di condizioni quali l’aumento delle resistenze vascolari e l’alterazione della perfusione a livello polmonare, compromettendo la diffusione gassosa tra alveoli e capillari.

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Parole chiave

emodinamica neonatale
modello cardiovascolare
ventilazione oscillatoria ad alta frequenza
sindrome da distress respiratorio
prematurità neonatale

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