Dall’aeronautica un nuovo modello di valvole cardiache

I pazienti con valvole cardiache meccaniche hanno bisogno di terapia anticoagulante, perché hanno un rischio maggiore di trombosi e di ictus. Ricercatori svizzeri hanno identificato la causa principale delle turbolenze del sangue che portano alla formazione di coaguli.

Riduzione del rischio di coaguli nelle valvole cardiache artificiali

I pazienti con valvole cardiache meccaniche hanno bisogno di terapia anticoagulante, perché hanno un rischio maggiore di trombosi e di ictus. I ricercatori del Centro ARTORG dell'Università di Berna hanno identificato la causa principale delle turbolenze del sangue che portano alla formazione di coaguli. L'ottimizzazione del design delle valvole cardiache potrebbe ridurre notevolmente il rischio di trombosi e permettere a questi pazienti di vivere senza farmaci per tutta la vita.

I pazienti con valvole cardiache artificiali sono a più alto rischio di formazione di coaguli. L'elevato rischio è noto dall'osservazione dei pazienti dopo l'impianto di una valvola artificiale. Il rischio di trombosi é particolarmente grave per i portatori di valvole cardiache meccaniche. Questi pazienti seguono una terapia anticoagulante per combattere il rischio di ictus. Non è chiaro perché le valvole cardiache meccaniche favoriscano la formazione di coaguli molto più delle valvole cardiache biologiche.

Un team di ingegneria cardiovascolare del Centro di ricerca di ingegneria biomedica ARTORG dell'Università di Berna ha ora identificato un meccanismo che può contribuire in modo significativo alla formazione di coaguli. Si sono serviti di modelli matematici già usati con successo per progettare velivoli a basso consumo di carburante.
Utilizzando complesse simulazioni al computer il team di ricerca è stato in grado di dimostrare che la forma attuale dei flap di regolazione del flusso della valvola cardiaca porta a forti turbolenze nel flusso sanguigno. "Studiando i dati della simulazione, abbiamo scoperto come il sangue impatta sul bordo anteriore dei lembi delle valvole, e come il flusso sanguigno diventa rapidamente instabile e forma vortici turbolenti", spiega Hadi Zolfaghari, primo autore dello studio. "Le forti forze generate in questo processo potrebbero attivare la cascata coagulativa e causare la formazione di trombi immediatamente dietro la valvola”.

Nello studio, il team ha anche studiato come la valvola cardiaca potrebbe essere migliorata. Ha mostrato che un design leggermente modificato dei lembi della valvola permetterebbe al sangue di fluire senza generare instabilità che portano a turbolenze - una situazione fluidodinamica più simile a quella di un cuore sano. Un tale flusso sanguigno senza turbolenze ridurrebbe significativamente la possibilità di formazione di coaguli e di ictus.
Vengono impiantate più di 100.000 valvole cardiache meccaniche all'anno. Se il design delle valvole cardiache venisse migliorato dal punto di vista della meccanica dei fluidi, sarebbe concepibile per i pazienti vivere senza anticoagulanti. Questo potrebbe portare ad un miglioramento della qualità della vita.
"Dal loro sviluppo negli anni ‘70, il design delle valvole cardiache meccaniche non è stato quasi mai adattato", dice Dominik Obrist, capo del gruppo di ricerca dell'ARTORG Center. "Al contrario, molte ricerche e sviluppi sono stati condotti in altre aree ingegneristiche, come la progettazione di aerei. Considerando il numero di pazienti che vivono con una valvola cardiaca artificiale, è giunto il momento di parlare di ottimizzazione del design anche in questo settore per dare a queste persone una vita migliore".

Fonti: Universitat Bern. Reducing the risk of blood clots in artificial heart valves. 2020/01/13
Hadi Zolfaghari and Dominik Obrist: Absolute instability of impinging leading edge vortices in a submodel of a bileaflet mechanical heart valve. Phys. Rev. Fluids 4, 123901, 6. Dezember 2019, https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.4.123901