Guido Avanzolini

A. MECCANICA RESPIRATORIA: Questa linea di ricerca, inizialmente finanziata nell'ambito del progetto PRIN 2005, si propone di studiare la meccanica respiratoria di soggetti in condizione patologica sottoposti a ventilazione artificiale. B.EMODIALISI PROFILATA: Questa ricerca, sviluppata nell'ambito di un contratto pluriennale di ricerca con la Bellco S.p.A di Mirandola (MO), si propone di individuare le manovre sugli ingressi oggi manipolabili (concentrazione di sodio nel dialisato e ultrafiltrazione) che limitino i fenomeni di ipotensione durante la seduta di emodialisi mantenendo, nei limiti del possibile, i target terapeutici della seduta dialitica. C. MONITORAGGIO E CONTROLLO IN EMODIALISI. Questa ricerca, sviluppata nell'ambito di un contratto pluriennale di ricerca con la Bellco S.p.A di Mirandola (MO), si propone la realizzazione di un sistema di controllo della pressione arteriosa durante emodialisi e, in prospettiva, di un sistema di biofeedback, per il controllo della pressione ad anello chiuso, a partire dalle misure disponibili nella macchina per emodialisi.

A. MECCANICA RESPIRATORIA. Per conoscere lo stato del paziente sottoposto a ventilazione forzata e per valutare l'adeguatezza del trattamento terapeutico/ventilatorio è necessario quantificare la funzionalità respiratoria complessiva. A questo scopo occorre garantire la qualità dei dati misurati, definire appropriati modelli del sistema respiratorio e progettare efficienti algoritmi per la stima dei parametri. Tuttavia, nelle patologie croniche ostruttive (COPD, che, nei paesi occidentali, oggi è la quarta causa di morte), caratterizzate dalla limitazione del flusso espiratorio (EFL) queste tecniche presentano ancora importanti limiti, probabilmente per la presenza di meccanismi con accentuate non-linearità.. L'approccio modellistico si è dimostrato particolarmente utile nello studio della EFL, chiarendo che esistono due principali meccanismi coinvolti nel fenomeno: il meccanismo della “wave-speed”, predominante a volumi medi e alti, e il meccanismo “viscoso”, predominante a volumi bassi. Negli ultimi anni sono stati proposti diversi modelli matematici che incorporano questi meccanismi al fine di descrivere espirazioni forzate in condizioni quasi statiche. Quest'ultima ipotesi, tuttavia, rappresenta un limite notevole quando si vuole simulare un esperimento dinamico come ad esempio una manovra per determinare la presenza di flusso limitazione durante la ventilazione meccanica. Appare quindi importante riuscire a realizzare un modello che sia allo stesso tempo non lineare e dinamico. Questa linea di ricerca si propone di studiare la meccanica respiratoria di soggetti sottoposti a ventilazione artificiale ed è orientato all'analisi di situazioni patologiche, quali la COPD. Data la difficoltà di realizzare studi sperimentali in pazienti COPD durante ventilazione meccanica, un approccio modellistico può risultare molto conveniente, soprattutto se si impiegano modelli dinamici dell'albero tracheobronchiale in grado di tenere conto delle principali caratteristiche morfometriche e meccaniche del sistema. I principali obiettivi della ricerca possono essere riassunti come segue. 1) Valutazione dei meccanismi che producono l'insorgere della flusso limitazione e studio della sua progressione durante l'evolversi di una patologia ostruttiva. 2) Analisi degli effetti della non omogeneità dei polmoni sulla flusso limitazione. B. EMODIALISI  PROFILATA. L'Emilia-Romagna ha una presenza industriale consistente, competitiva e orientata all'esportazione nel campo degli Organi Artificiali, in particolare, delle macchine per emodialisi. Essendo il mantenimento dell'attuale vantaggio competitivo legato, principalmente, alla capacità di sviluppare prodotti innovativi nell'interazione sistema terapeutico-paziente, non stupisce che da tempo siano in atto collaborazioni tra il gruppo di ricerca di bioingegneria del DEIS e gruppi di R&S industriali su progetti volti allo sviluppo di sistemi innovativi di monitoraggio. In tale contesto, la presente ricerca si propone, a partire da modelli della cinetica dei soluti in emodialisi, di individuare le manovre sugli ingressi manipolabili (concentrazione di sodio nel dialisato e ultrafiltrazione) che limitino i fenomeni di ipotensione durante la seduta di emodialisi mantenendo, nei limiti del possibile, i target terapeutici della seduta dialitica. A tale scopo, sarà utilizzato il segnale di conducibilità dell'ultrafiltrato, misurato attraverso uno specifico sensore, disponibile sulla macchina utilizzata. I principali obiettivi della ricerca possono essere riassunti come segue: 1) Analisi della conducibilità nell'ultrafiltrato e suo utilizzo per la valutazione di parametri clinici; 2) Studio e implementazione di un algoritmo di ricalcolo del profilo di sodio nel dializzato durante l'intero trattamento. C. MONITORAGGIO E CONTROLLO IN EMODIALISI. La presente ricerca si propone la realizzazione di un sistema di controllo della pressione arteriosa durante emodialisi, basato su un modello interpretativo dei segnali attualmente misurati sulle recenti macchine per emodialisi: la pressione arteriosa sistemica, la frequenza cardiaca, l'ematocrito, la saturazione di ossigeno, la temperatura ematica. Mediante tale modello ci si propone di individuare le manovre sugli ingressi manipolabili, in grado di regolar la pressione arteriosa, limitando i fenomeni di ipotensione e mantenendo i target terapeutici della seduta dialitica. In prospettiva, il modello potrà essere utilizzato all'interno di un sistema di biofeedback, per il controllo della pressione ad anello chiuso, a partire dalle misure disponibili nea macchina per emodialisi. I principali obiettivi della ricerca possono essere riassunti come segue: 1) Formulazione di un modello matematico del controllo nervoso della pressione arteriosa, sua implementazione e sua validazione con dati sperimentali; 2) Analisi di sensitività sui parametri del modello e simulazione di alterazioni negli ingressi manipolabili, per individuare il ruolo dei parametri/ingressi nel controllo della pressione.