Modelli biologici

MODELLI DEL SISTEMA CARDIOVASCOLARE

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Intro nel capitolo precedente abbiamo parlato di modelli che descrivono il cuore e il sistema di

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regolazione della pressione arteriosa uno di questi è il modello Windkessel in cui tutto ciò che avviene

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nelle arterie periferiche viene rappresentato in modo semplice con una resistenza questo modello

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serve per capire quanto il sistema periferico quindi microcircolo sia passivo o quanto invece sia

regolato da meccanismi attivi di controllo.

MICROCIRCOLAZIONE

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Cosa è riguarda i capillari e i piccoli vasi cioè dove avvengono gi scambi di ossigeno nutrienti e calore

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con i tessuti studio due approcci analisi in frequenza si assume che il sistema sia in condizioni

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stabili stazionarie e si analizzano le oscillazioni del flusso per identificare le componenti di controllo

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stimolo-risposta anche detta stimolazione termica si abbandona la stazionarietà e ci avviciniamo a

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modelli a compartimenti e modelli di dati si utilizza una stimolazione termica andando a scaldare la

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cute a temperatura fissa e nota e si vede cosa succede alla circolazione a seguito del riscaldamento il

flusso sanguigno locale aumenta molto e questo serve a portar via il calore in eccesso e proteggere le

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cellule i meccanismi coinvolti nel processo sono due riflesso assonico nervoso risposta veloce

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e si lavora a frequenze alte produzione di ossido nitrico risposta + lenta oltre a questi il flusso è

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influenzato anche da battito cardiaco e respirazione ogni meccanismo agisce su scale

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temporali/frequenze diverse quindi analizzandole possiamo capire chi sta controllando cosa.

TECNICHE DI MISURA → → →

Pulsossimetro e telecamera metodo + comodo e leggero segnale di qualità + bassa integrando una

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telecamera è possibile acquisire un segnale di flusso punto per punto su una stessa zona flussimetria

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laser-doppler sfrutta l’effetto doppler la luce laser colpisce con una certa frequenza i globuli rossi in

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movimento i fotoni subiscono rifrazioni multiple e tornano indietro con una frequenza diversa in base

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a come cambia la frequenza faccio valutazioni sul flusso →

Il dispositivo usato è fatto da due fibre ottiche + o meno ravvicinate + sono distanti + si va in profondità

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questa sonda ci da una misura della perfusione prodotto del numero delle cellule che si muovono per

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la loro velocità lo svantaggio è che ciò viene fornito non è in unità di misura quantitativa perché non

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sappiamo esattamente quanti fotoni tornano indietro quindi non possiamo avere una misura assoluta di

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flusso inoltre se spostiamo la sonda possiamo ottenere dei valori diversi sonda è lontana dal vaso

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misuro flusso + basso cosa si osserva →

Viene messa una sonda sulla pelle dell’avanbraccio usando un laser a bassa potenza dopo 3 minuti a

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freddo la pelle viene riscaldata da 34 gradi a 43 gradi per circa 32 minuti e si registra il flusso

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sanguigno durante tutto il tempo segnale blu si osserva un flusso basale basso all’inizio e poi con il

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riscaldamento il flusso aumenta molto parlo di vasodilatazione le oscillazioni che vediamo nel segnale

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corrispondono al battito cardiaco possiamo osservare le due componenti principali della risposta al

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calore → → →

La prima riflesso assonico quando la pelle percepisce l’aumento di temperatura i nervi locali

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attivano subito una dilatazione dei capillari questa è una risposta rapida ma transitoria infatti si un

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picco veloce e poi il segnale scende di nuovo siccome abbiamo dato 43 gradi le cellule rilevano una

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temperatura eccessiva e vanno in sofferenza rilasciano quindi ossido nitrico producendo una seconda

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vasodilatazione la seconda rilascio di ossido nitrico è mediato dalla cellule endoteliali e porta ad

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una vasodilatazione + lenta ma + prolungata nel tempo serve a mantenere il flusso elevato finché

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persiste lo stimolo termico analisi in frequenza come accennato prima il flusso sanguigno periferico

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non è costante ma ha oscillazioni dovute a vari meccanismi di controllo con l’analisi in frequenza

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Fourier o wavelet si può separare segnale nelle sue componenti e capire chi sta contribuendo al controllo

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del flusso → →

Per osservare le componenti a frequenza molto bassa come 0,01 Hz quindi di periodo di 100 s il

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segnale deve essere registrato per almeno 5/6 periodi e questo è complicato perché avrei bisogno di

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condizioni stazionarie per almeno 10 minuti nel grafico si possono evidenziare 5 bande ciascuna legata

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ad un meccanismo fisiologico diverso 0.009-0.02 Hz oscillazioni endoteliali/ormonali molto lente

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legate all’attività dei vasi e degli ormoni 0.02-0.06 Hz sistema nervoso simpatico controllo vascolare

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lento legato alla regolazione della pressione 0.06-0.2 Hz vasomotion contrazioni ritmiche dei

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muscoli delle arteriole che regolano il flusso locale 0.2-0.6 Hz respirazione respiro influisce sulla

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pressione intratoracica e quindi sul ritorno venoso e sulla portata cardiaca 0.06-2.3 Hz battito cardiaco

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componente + veloce e marcata le componenti lente 1 2 3 rappresentano il modo in cui il corpo

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regola il flusso medio e stabile le componenti veloci 4 5 introducono oscillazioni + evidenti -> ma su

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scale di tempo brevi il sistema cerca di mantenere il flusso quasi costante smorzando le oscillazioni +

forti.

VASOMOTION

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Cosa è è una contrazione periodica spontanea delle arteriole piccoli vasi non è casuale ma serve a

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migliorare il flusso sanguigno e ridurre la resistenza dei vasi se un vaso avesse un diametro costante la

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resistenza idraulica sarebbe + alta se invece il diametro oscilla il sangue scorre meglio e con meno fatica

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infatti nel corpo umano il flusso non deve essere rigidamente periodico serve variabilità in alcune

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malattie come il diabete la vasomotion diminuisce o scompare anche se la pressione o il flusso

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sanguigno medio sono normali senza questa i tessuti non ricevono abbastanza nutrimento questo può

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portare a ulcere necrosi dei tessuti e nei casi gravi all’amputazione dell’arto questo porta ad un

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circolo vizioso senza arto meno attività fisica quindi meno stimolazione della circolazione di

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conseguenza peggioramento della situazione FREMS frequency rhythmic electrical modulatio system

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è una tecnica di stimolazione elettrica transcutanea che provoca contrazioni muscolari a differenza

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della TENS dove si hanno stimoli periodici e sempre regolari nella FREMS si hanno stimoli non

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periodici quindi variabili che riescono a catturare meglio i diversi sistemi fisiologici ogni impulso è

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caratterizzato da intensità quindi ampiezza dello stimolo durata quanto dura ogni singolo

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impulso e frequenza ogni quanto lo stimolo di ripete la tecnica viene usata nei pazienti diabetici

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per migliorare la circolazione periferica stimoli di bassa intensità non si percepiscono quindi si devono

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usare stimoli abbastanza efficaci ma non dolorosi la stimolazione tipica prevede 3 fasi

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Fasi 1 all’inizio gli impulsi sono radi e distanti e sul grafico si vede che la linea sale in modo netto

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questo significa che la frequenza aumenta fase 2 la durata e la distanza tra gli impulsi non sono

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regolari infatti sul grafico si vede che la linea non è dritta ma mostra delle oscillazioni qui gli stimoli

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sono sì + fitti con una variabilità controllata ma non ancora costanti fase 3 si inviano una serie di

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impulsi molto ravvicinati e intensi e sul grafico si vede una zona piatta e alta ciò significa che la

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frequenza è ormai stabilmente elevata la stimolazione con FREMS produce 2 effetti produzione di

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VEGF un ormone che stimola la crescita di nuovi vasi sanguigni induce angiogenesi aumento della

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vasomotion quindi migliora la circolazione.

MONITORAGGIO CARDIOVASCOLARE

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Obiettivo misurare la pressione arteriosa in modo continuo cioè senza usare il classico bracciale che

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gonfia e sgonfia si usa un sistema che registra ogni battito in tempo reale usato in sala operatoria e

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terapia intensiva come si misura la pressione si inserisce un ago in un’arteria del paziente questo è

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collegato a un tubo pieno di liquido soluzione fisiologica il liquido trasmette la pressione del sangue a

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un sensore di pressione il sensore trasforma la pressione in un segnale elettrico che viene visualizzato su

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un monitor da questo possiamo quindi vedere come l’onda di pressione cambia con il battito cardiaco

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se la pressione sale o scende troppo il monitor suona un allarme è come avere un circuito idraulico dove

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la pressione del sangue fa muovere il liquido nel tubo e il sensore legge questi movimenti risposta a

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gradino per verificare se il sistema funziona bene si genera una variazioni improvvisa di pressione

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chiamata gradino se il sistema è buono la curva sale e poi si stabilizza rapidamente se invece oscilla

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vuol dire che ci sono problemi di risonanza nel tubo o nel sensore

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Dal punto fisico il sistema si comporta come un circuito RC R è la resistenza del tubo o del liquido C è

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la capacità cioè quanto il tubo si dilata o accumula pressione L viene a volte aggiunta e rappresenta

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l’inerzia dell’acqua nel tubo problemi possibili se il tubo è troppo lungo o troppo morbido la

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frequenza di risonanza si abbassa e l’onda di pressione si deforma se il tubo è troppo corto e rigido la

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frequenza di risonanza è troppo alta il segnale diventa rumo