Applicazioni ingegneristiche in ambito biomedico - Blocco 4

Simulazione numerica dell'emolisi

In una certa zona per un certo intervallo di tempo è sottoposto a un certo intervallo di tempo, andremo a calcolare se la simulazione numerica può darci un'idea dell'emolisi che si può creare, calcolando la percentuale di emoglobina che si libera per via della rottura dei gb. Se abbiamo un'emoglobina liberata possiamo calcolare il rapporto tra l'emoglobina libera e quella ancora contenuta nei gb, per avere un'idea dell'indice di emolisi. L'indice di emolisi ci permette di confrontare i vari dispositivi e capire quale dispositivo è migliore di un altro, il nuovo dispositivo deve comportarsi meglio del vecchio. Per compararli si usa una procedura con un test standardizzato che è definito da delle norme che mi permette di calcolare la quantità di emoglobina che si libera. La prova sperimentale è molto complessa, perché realizzo i dispositivi, prendo delle condizioni sperimentali che mi

Permettono di profondere il fluido (sangue umano) usando sangue animale avrò i valori un po' sballati. Oppure posso misurare l'indice di emolisi facendo semplicemente dei calcoli. Nell'indice di emolisi calcolo la quantità di emoglobina liberata in relazione ai volumi perfusi, al tempo di perfusione e all'ematocrito del sangue e alla quantità di emoglobina iniziale.

Abbiamo bisogno di calcolare la quantità di emoglobina liberata derivando questa quantità da un esperimento di tipo numerico. Posso quindi calcolare la quantità di emoglobina liberata da un fluido contenente gb se il fluido si muove in un volume in cui la velocità e lo shear streess producono un effetto sull'emolisi tenendo conto del tempo.

L'indice di emolisi totale della prova numerica sarà dato dal contributo di tutti gli elementi, quindi potremmo determinare una portata in ingresso e una in uscita e in quella di uscita capire di quanto è aumentata.

l'emoglobina libera, riuscendo a studiare dei profili più adeguati per diminuire gli sforzi di taglio, non possiamo modificare tanto il tempo perché la velocità sarà dovuta alla portata del fluido che deve entrare nel condotto, ma possiamo immaginare che se la zona con alti shear stress ha tempi minori avremo un'emolisi importante. Una volta che sono state sviluppate dal punto di vista progettuale mediante la simulazione numerica poi alla fine devono essere comunque per forza testate a livello sperimentale ma a livello sperimentale mi basterà fare pochissime prove perché provo solo la geometria del rotore e della pompa che avrò determinato con la progettazione di tipo numerico per la prova sperimentale abbiamo bisogno proprio di un circuito come quello rappresentato qui in figura dove a partire da un serbatoio che contiene il fluido cioè il sangue dovremo modificare la temperatura per fare in modo tale da far funzionare la.

pompa a 37 ° dovremmo misurare la pressione diaspirazione della pompa la pompa sarà collegata ad un circuito di mandata in cui misureremo lepressioni e andremo a misurare la differenza di pressione che sarà la nostra prevalenza dellapompa dopodiché metteremo un flussimetro, se il sangue scorre all'interno, usare un flussimetroelettromagnetico e quindi avere la misura della portata del fluido nella pompa dopodiché potremofar ritornare il circuito direttamente nel serbatoio.Possiamo immaginare di poter perfondere il sangue per tempi lunghi misurando la quantità diemoglobina che si libera.Per i sistemi di perfusione per circolazione extracorporea il tempo di esposizione varia tra 1 e 2 oremassima con quantità di emoglobina libera elevata, queste pompe però sono quelle che creanomeno emolisi rispetto alle pompe peristaltiche. 17Nel caso del rene artificiale, nel giro di 20 30 anni, la procedura è automatica, qui no. È

È necessario che ci siano operatori che controllano le condizioni della macchina e del sangue. La cosa più importante riguarda l'ossigenatore. La cartuccia bianca contiene materiale polimerico che permette di scambiare l'ossigeno con il sangue ed eliminare la anidride carbonica, abbiamo dunque bisogno di due circuiti separati.

Il sangue si deve muovere in una direzione diversa rispetto a quella del dializzatore, è al di fuori del fascio tubiero, e all'interno del fascio tubiero c'è il gas. Questa disposizione permette di aumentare gli scambi, il trasporto dell'ossigeno dalla membrana al sangue ha necessità non solo di diffondere ma essere trasportato per convezione, la diffusione non permetterebbe un trasporto sufficiente di gas perché ci mette tanto tempo. Si possono avere portate maggiori.

Nella parte inferiore viene cambiata la T del sangue (scaldato a 37°) (condizioni fisiologiche), lo scambiatore mette in contatto il

sangue con una superficie che è mantenuta calda da dell'acqua riscaldata, quando il sangue entra nel fascio tubiero, dal condotto centrale passa a un condotto di distribuzione che fa sì che la velocità del sangue sia perpendicolare alle fibre cave perfuse dal gas. La pressione dell'ossigeno in un gas di pressione 100 mmHg corrisponde a una concentrazione di 5,20 mmol/L, l'ossigeno è molto poco solubile nei liquidi, la stessa pressione parziale da una concentrazione molto limitata. La CO2 è più solubile nel liquido. Abbiamo la necessità di studiare qual è la quantità di ossigeno e CO2 a seconda della pressione parziale, che è la frazione della pressione totale che mi dice qual è la percentuale del gas nella miscela. Il polmone normale riesce a modificare la pressione parziale nella circolazione polmonare sfruttando solo il 21% di ossigeno nell'aria. Noi abbiamo bisogno di elevare molto la.pressione parziale di ossigeno nel sangue e possiamo farlo aumentando i valori dell'emoglobina intorno al 96/98%. Abbiamo bisogno di mettere il sangue a contatto con una soluzione di gas che contenga una buona concentrazione di ossigeno. Se ossigeniamo il sangue ma non togliamo la CO2, torna sangue in circolo con una pressione di CO2 che danneggerebbe i tessuti. Durante l'intervento bisogna controllare che la portata di sangue, ossigeno e l'ossigeno che deve essere scambiato e la CO2 da eliminare siano sotto controllo. La prima cosa che bisogna controllare è quanto è l'ossigeno che passa attraverso la membrana, passa a seconda della permeabilità della membrana e quindi la quantità di ossigeno che passa attraverso un'unità e uno spessore unitario con differenza di concentrazione unitaria attraverso la membrana. Il silicone è molto permeabile all'ossigeno. I nuovi materiali permettono di garantire una buona.

permeabilità quindi possiamo ridurre la superficie dell'ossigenatore dunque diminuire il volume di priming e il volume di contatto tra il materiale artificiale e il sangue.

Si usano geometrie compatte per garantire i trasporti di ossigeno, CO2. La rimozione della CO2 dipende dal rapporto tra la perfusione del gas e il sangue, per quanto riguarda il trasporto di ossigeno ci basta che nella soluzione di gas il 100% di ossigeno che possiamo trasportare.

Per la CO2 dipende da come il gas riesce a lavare via la CO2, se il flusso del gas è basso si riduce la rimozione di CO2. Rimuovere la CO2 in maniera maggiore o minore vuol dire cambiare la curva di saturazione dell'emoglobina e quindi il ph del sangue.

Non devo rimuovere tutta la CO2 ma abbassarne la pressione parziale da 45 mmHg in ingresso a 40 mmHg in uscita.

Possiamo diminuire la concentrazione di ossigeno infondendo nel'ossigenatore una miscela contenente ossigeno (aria ossigeno o azoto ossigeno).

Ci sono

Differenze importanti, mentre il polmone riesca ad ossigenare con una pressione parziale di ossigeno di 40-50 mmHg, l'ossigenatore ne utilizza 650 mmHg, perché la superficie di scambio dell'ossigenatore è circa 2 mq mentre la superficie dei polmoni è circa 70 mq, l'effetto però è abbastanza in linea.

Lezione 4/4/22 Sistemi di assistenza ventricolare.

La situazione ideale per creare un organo artificiale è sostituire l'organo, perché deve durare nel tempo e sostituire tutte le funzioni del cuore.

Uno dei primi trapianti d'organo è stato il trapianto di cuore da un cadavere ad un paziente.

Il cuore artificiale, quindi, non era così impellente da sviluppare, ci si è accorti che fare il trapianto necessita avere a disposizione il donatore, per il rene non è un grosso problema perché basta che l'organo sia compatibile.

Per trovare la compatibilità per il rene si guarda la compatibilità per

Quanto riguarda il complesso di immuno compatibilità, ci sono recettori presenti sulle cellule che riconoscono se una cellula appartiene all'organismo o meno. C'è un'organizzazione italiana per i trapianti che possiede una banca dati con una lista di potenziali riceventi con il proprio complesso di istocompatibilità e i potenziali donatori.

Nella lista dei pazienti in attesa del trapianto di cuore i tempi sono molto più stretti, è nata la necessità di mantenere in vita alcuni pazienti fino al trapianto di cuore, vicariando la funzione del cuore per alcune settimane in attesa del cuore donato.

Come sistema per fare da ponte al trapianto si pensa a come si può aiutare il cuore per sopravvivere. Si sono sviluppati i sistemi per l'assistenza ventricolare VAD.

I sistemi cercano di vicariare la funzione del cuore, il ventricolo sinistro è quello che deve fare più lavoro nel cuore, o prendo un'altra pompa e la metto.

dopo il ventricolo (sistema in serie) per avere una maggiore prevalenza, oppure posso mettere il sistema di assistenza in parallelo, il primo da una certa prevalenza, il secondo gli si affianca.

Se metto un sistema in parallelo posso immaginare che devo prendere il sangue prima che entri nel ventricolo e fornire la portata di sangue appena dopo il ventricolo.

Prendere il sangue prima del ventricolo significa prendere il sangue dall'atrio che però ha una parete molto sottile... allora si è pensato di prendere il sangue direttamente dal ventricolo, appena il sangue entra nel ventricolo attraverso la valvola e poi spinto dal ventricolo. Prendono il sangue dal ventricolo lo pompo direttamente nell'aro aortico, con questo collegamento apicale al ventricolo riesco a sganciare completamente il funzionamento del ventricolo con il sistema di funzionamento del dispositivo. Il ventricolo essendo malato non fornisce la portata e la pressione adeguata. È dunque un

Il sistema in parallelo

La pompa che dobbiamo scegliere può essere di diversi tipi, la centrifuga da una certa prevalenza ad una portata elevata