Vasi 2. Arti Ahluwalia Address: Centro Interdipartimentale di Ricerca E. Piaggio, Facoltà di Ingegneria

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1 Vasi 2 Arti Ahluwalia Arti.ahluwalia@ing.unipi.it Address: Centro Interdipartimentale di Ricerca E. Piaggio, Facoltà di Ingegneria Proprietà Meccaniche dei Vasi I vasi sanguini sono composti da più materiale, principalmente collagene e elastina. La curva stress strain può essere descritta dal modello di reclutamento. Le proprietà meccaniche (non linerae e anisotropiche) sono dovute all orientazione delle proteine e cellule che compongo i vasi. Non è ancora possible riprodurre questo comportamento in vasi artificial Altr aspetti: applicazione delle equazioni di Bernoulli a aneurismi e stenosi Flusso in una zona con curvatura e separazione di flusso I vasi sono altamente anisotropici. Sinistra: Stress strain nella direzione circonferenziale Destra: Stress strain nella direzione longitudinale 1: protesi in PET tessile, 2: tessile PTFE 3: a maglia PET a; 4: PTFE a maglia; 5.arteria iliaca; 6: aorta Arteria addominale distale 7: arteria femoral arteria; 8: Arteria addominale distale, altri 1

2 Protesi vascolari: usati in patologie e trauma Lunghezza d imbocco, x=0.113 Re* raggio del vaso. Calcolare per l aorta e discutere Le zone più predisposte a formazione di placche Siti principali di impianto La classificazione di protesi vascolari Ci sono due classi principali. Protesi Biologiche Omologhe (vena safena, vena umbilicale, arteria mammaria) Autologhe Eeterologhe (bovine carotide) Ibride a b c d Perche sono pieghettate? Si sfa Protesi Sintetiche tessile Nylon, vynion, orlon Teflon ( PTFE) Dacron (PET), Non tessuto Gore-Tex ( eptfe). I tessuti possono essere woven (a) knitted weft (b) and warp (c) (maglia) velour (d) flow woven maglia, weft maglia, warp Non poroso velour 2

3 Vari tipi di intervento: sostituto,, biforcazione Il problema più critico è il limite del diametro. Le protesi vascolari non possono essere più piccoli di 6mm. La caratterizzazione dei vasi: I parametri fisici più importanti sono la permeabilità, porosita, compliance, forza tensile, pressione a scoppio e la durata. I parameteri fisico chimici invece sono la biocompatibilità (corso biomateriali) La compliance è quella più difficile da riprodurre nei graft sintetici d % d Il mismatch meccanico (sopratutto di compliance) tra vaso naturale e sintetico è uno dei problemi più gravi. Causa: Turbulenza : in questa zona non si forma un neo intima e la sutura viene danneggiata (la sutura e il punto più debole) Vaso sintetico non può assorbire le pulsazioni pressorie Aumenta la resistenza, il cuore deve faticare di più. Valori di compliance a 100 mmhg (%*10/100 mmhg) DACRON woven 1.97 DACRON coated with gelatin 0.9 DACRON knitted 0.8 eptfe standard wall 0.2 Da confrontare con un vaso (circa 8) La permeabilità è il volume di acqua che attraversa il materiale per unità di area e tempo. Per i vasi o vasi sintetici è generalmente riferito a una pressione di 120 mmhg. E quasi sempre espresso in ml/min/cm 2. P=Q/A La permeabilità è uno dei fattori più importante per la reabilitazione di un vaso sintetico. In generale i vasi più permeabili hanno più possibilità di successo ma un elevato rischio di emorragia. Cosa succede quando un materiale sintetico viene messo in contatto con il sangue? Filamenti di fibrina (polymer di fibrinogeno) coagulano alla parete I coaguli penetrano i pori Fibroblasti invandono i pori e secernano tessuto fibroso Aumenta collagene nei pori Inizia la formazione di un neo intima (intima = cellule endoteliali e lamina basale) Questo processo puo richiedere più mesi. In genere i vasi sintetici vengono lavati nel sangue del paziente o rivestiti con proteine (gelatina, collagene) o carbone pirolitico. 3

4 Porosità è il rapporto tra i spazi vuoti e il volume totale di un materiale Può essere misurato in due modi: Plannimetrico: rapporto tra area dei buchi /area totale ad esempio usando un microscopio Gravvimetrico: calcolando la densità apparente e confrontando con la densità reale. Metodo mercurio. Porosità= volume vuoti/volume totale. Permeabilità, porosità e interconnettività Pressione a rottura. Si mette un palloncino dentro il vaso e viene gonfiato fino a rottura. Per un arteria grande è circa 1000 mmhg. Durata: Il vaso viene sottoposto a condizioni fisiologici (immerso in soluzione). La frequenza del flusso pulsatile viene aumentato a 5-10 Hz per diminuire il tempo (dopo impianto un vaso dura: circa 10 anni al massimo) Complicazioni Le complicazioni più communi sono: 1. Invecchiamento (del graft), iperplasia lungo la sutura, sclerosi sulla parete inetrna, mineralizzazione, aneurisimi. 2. Nel caso di protesi biologiche, degradazione e riassorbimento 3. Infezione: è la complicazione più seria e spesso necessità di un intervento per togliere il vaso. 4. Dilatazione, rottura, degradazione del velour 5. Disinserimento: il graft esce. Dovuto a una deformazione ecessiva, alterazione della parete arteriale, ipertensione o frammentazione (comune nel caso di graft a maglia weft). 6. Occlusione. Dovuto alla formazione di trombi che non vengono lavati via. Dovuto a un diametro piccolo, un flusso basso o la mncanza di formazione di uno strato endoteliale Perche la sostituzione avviene solo nelle arterie? Coronary aortic Aortic bifurcation Dacron, weft, no support 99.6% PROBABILITA DI SUCESSO Dacron warp 100% Dacron weft, external suppoprt eptfe Autologus saphenous vein 70% Internal mammary arterty 93% I valori tipici per parametri di flusso Aorta-femoral 98% 100% Femoral-femoral 80% 93% Axillo-femoral 67% 97% Femoral-popliteal 53% 84% 61% Femoral-popliteal 63% 49% 76% 4

5 La pressione idrostatica Esercizi Tipicamente le pressioni transmurali nei capillari sono dell ordine di 25 mmhg. Calcolare la tensione sulla parete di un capillare (in N/m). Se la sforzo viene sostenuto dalla membrana delle cellule endoteliali (spessore totale circa 4 monostrati lipidici) quanto puo essere il suo modulo elastico. Se invece si considera che la parete è un gel formato da membrana basale/ citoplasma/membrana di spessore 0.8 micron, quanto sarebbe il modulo elastico? Si consideri una strain di circa 5%. Qual è il significato del numero di Dean? Se un pilota è soggetto a un accelerazione di 3G, quanto è la pressione arteriale alla testa e ai piedi? Cosa puo significare? Stimare la pressione aortica di una giraffa Come dovrebbe essere posto un sensore di pressione per misurare la pressione idrostatica in un vaso? Parte sensibie 5