ASSISTENZE MECCANICHE AL CIRCOLO: PADUA HEART PROJECT A TOTAL ARTIFICIAL HEART

Studio dello stato dell’arte del cuore artificiale totale (TAH) nella pratica clinica: la ricerca bibliografica è stata orientata all’analisi delle più recenti esperienze cliniche con TAH per individuarne limiti e punti di forza. L’obiettivo di tale ricerca documentale era quello di dedurre le specifiche per un nuovo TAH, in grado di soddisfare le esigenze terapeutiche ancora parzialmente o totalmente irrisolte dai sistemi attualmente disponibili: • CARATTERISTICHE DI PESO E INGOMBRO IDEALI: diametro <90 mm, lunghezza < 100 mm; peso < 800 gr (peso del cuore naturale 300- 400 gr), per poter essere impiantato anche in pazienti di piccola BSA • ATTUATORE impiantabile, elettromeccanico, efficiente, silenzioso, in grado di produrre un flusso medio di circa 6 L/min contro una pressione media di circa 100 mmHg, con capacità di sostenere sovraccarichi e picchi di flusso, con bassa dissipazione di calore verso il sangue e i tessuti • DISEGNO DELLE CAMERE VENTRICOLARI E DELLE VALVOLE rispetto al flusso ematico tale da minimizzare l’emolisi e le zone di stagnazione del flusso e il conseguente pericolo di formazione di trombi • MATERIALI USATI BIO ED EMOCOMPATIBILI: plastica, metallo, materiale biologico (PERICARDIO DECELLULARIZZATO), con caratteristiche di non tossicità, non carcinogenicità, stabilità chimica e resistenza meccanica, sterilizzabilità • INTERFACCIA DEL TAH con il circolo (atri, arterie) rispettosa dell’anatomia e con agevoli meccanismi di aggancio • DURATA DISPOSITIVO : circa 5 anni (per un sistema pulsatile, ciò corrisponde ad un numero di cicli variabile tra 225 e 350 Milioni, a seconda che lo Stroke Volume vari tra 70 e 45 ml), per poter offrire un supporto di lungo termine Studio di nuovi modelli di TAH ancora in corso di sviluppo e ricerca brevettuale su TAH innovativi: attraverso tale ricerca sono stati individuati gli spunti più interessanti tra le tecnologie in divenire ed è stato definito come orientare il progetto del TAH di Padova. In particolare, si è optato per un sistema con pompe volumetriche, a camere flessibili valvolate, azionate da motori elettrici lineari (quindi, con meno trasduzioni) di piccole dimensioni. L’attuazione prevede un movimento push-pull del piano delle valvole, che realizza contemporaneamente il riempimento e l’eiezione dalle camere ventricolari. Questo consente, a parità di ingombro, l’aumento della portata o, viceversa, a parità di portata una considerevole riduzione di volume della pompa. Sono stati disegnate diverse possibili configurazioni della pompa push-pull e infine viene scelta soluzione con movimento dei piani valvolari, interposti tra sacco ventricolare e “atri”, disposti a “U”,con frequenza minima 60 b/min, SV 80 ml (40ml +40ml). Primi test su banco: il sistema push-pull con uno stroke volume complessivo di 80 ml ottenuto attraverso 2 eiezioni successive di 40 ml ciascuna, con frequenza di salita/discesa del motore lineare di 60b/min (1Hz) riesce a pompare 4,8 L/min contro un afterload di 120 mmHg Aumentando la frequenza a 92b/min, il sistema riesce a erogare una portata di 7.2 L/min contro lo stesso postcarico Emerge l’originalità progettuale del disegno in cui le valvole si comportano sia da organi di intercettazione sia da elementi di spinta della massa fluida. Prove su banco di confronto Drive Units di dispositive in uso clinico (Cardiowest Companion vs Freedom): sono state eseguite prove su banco di unità di controllo differenti impiegate sullo stesso modello di TAH (Cardiowest) allo scopo di individuare le variabili di controllo salienti su cui basare il sistema di attuazione del nuovo TAH. Lo spunto è stato fornito da un reale “clinical dilemma”: il paziente 1Z, a cui era stato impiantato il CardioWest nel 2007, ha iniziato a manifestare problemi di dispnea con edema polmonare, nonostante un flusso di 5 L/min, appena è passato dal sistema di attuazione Companion al più recente Freedom. Non aveva tali sintomi coi precedenti drive units Excor e Companion; nessun altro organo presentava segnali di scompenso. Le prove su banco hanno dimostrato che la più recente drive unit (Freedom), essendo molto rigida, poiché non permette la regolazione delle pressioni di attuazione dei due ventricoli, e non avendo alcun feedback sulle pressioni di riempimento del paziente, può determinare squilibri tra circolo destro e sinistro. Appare quindi molto importante nel progetto di nuovo TAH includere la possibilità di modulazione della portata in funzione delle pressioni di riempimento. Progetto di fitting virtuale del TAH: lo studio si propone di convertire TAC del torace in un modello 3D semplice rapido e affidabile della cavità toracica. I risultati attesi consistono nella definizione ottimale degli ingombri e delle forme della protesi impiantabile del TAH che si sta progettando, incluse le interfacce con atri e grandi vasi del ricevente. Inoltre, lo strumento sarebbe disponibile per la determinazione ottimale pre-operatoria del fitting anatomico in un dato paziente di un dato sistema di supporto circolatorio impiantabile. La ricerca è stata avviata in collaborazione con l’Unità di Ricerca “3DOM” della Fondazione Bruno Kessler di Trento.