PROGETTO HIGHCARE - ordineingegneri.bergamo.it · per l’alta quota e Dott. Torcello per...
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INGEGNERI BERGAMO INGEGNERI BERGAMO 8 Introduzione Per l’edizione 2009 di BergamoScienza la Commissione Bioingegneria ha proposto alla Segreteria Scientifica della manifestazione la figura del Prof. Gianfranco Parati, primario di cardiologia all’Istituto Auxologico Italiano e docente di medicina interna all’Università di Milano-Bicocca, per l’esposizione del progetto “HighCare 2008 – Tra Scienza e Natura”, una spedizione di due mesi sulle vette dell’Himalaya per lo studio delle risposte fisiologiche dell’organismo in seguito all’esposizione all’ipossia ipobarica (carenza di ossigeno in alta quota). Tale condizione rappresenta un modello scientifico per lo studio delle risposte fisiologiche all’ipossia e della fisiopatologia di malattie caratterizzate dalla carenza di ossigeno come l’insufficienza cardiaca, la sindrome delle apnee nel sonno o l’ipertensione associata all’obesità. BergamoScienza ha introdotto il progetto del Prof. Parati nella conferenza dello scorso 9 Ottobre 2009 dal titolo “Dalle vette agli abissi: come cambia in nostro respiro”, in cui si sono alternati grandi ed entusiasmanti sportivi che hanno raccontato le loro esperienze, anche con video delle loro imprese (Simone Moro per l’alpinismo e Umberto Pellizzari per l’immersione in apnea) e figure medico-scientifiche che hanno esposto i loro studi (Prof. Parati per l’alta quota e Dott. Torcello per l’apnea). Moderatore della conferenza il Dott. Ettore Vitali, cardiochirurgo dell’Humanitas Gavazzeni di Bergamo. Il progetto HIGHCARE Dopo quattro anni di esperienza nella ricerca in alta quota condotta in cima al Monte Rosa dal 2004 (Capanna Regina Margherita, 4559 m s.l.m.), l’Istituto Auxologico Italiano e l’Università degli Studi di Milano- Bicocca hanno organizzano il progetto HIGHCARE 2008 (HIGH altitude CArdiovascular REsearch, sito web www.highcare2008.eu), una spedizione nella regione Himalayana dell’Everest con lo scopo di valutare le variazioni fisiologiche indotte da una marcata e prolungata esposizione all’ipossia ipobarica (Figura 1). Molte delle variazioni fisiologiche che avvengo alle alte quote sono causate dalla diminuzione della pressione atmosferica che conduce a ipossia. Lo studio dell’esposizione in alta quota è importante non solo perché permette di comprendere meglio i meccanismi che regolano l’adattamento all’alta quota e l’eziopatogenesi del male acuto di montagna (AMS), ma anche perché questa condizione può servire da modello per esplorare la fisiopatologia di alcune le malattie connesse con l’ipossia tissutale, quali lo scompenso cardiaco, la malattia polmonare ostruttiva cronica, l’ipertensione arteriosa associata alla sindrome delle apnee notturne e l’obesità severa e per provare l’efficacia di alcuni interventi terapeutici utili a curarle. “L’esposizione all’ipossia ipobarica (carenza di ossigeno) da alta quota riveste, in ambito medico, una duplice importanza”, spiega il prof. Gianfranco Parati, primario di cardiologia all’Istituto Auxologico Italiano e docente di medicina interna all’Università di Milano- Bicocca, ricercatore-capo della missione HIGHCARE. “Innanzitutto l’esposizione del corpo umano ad una condizione non fisiologica rappresenta una condizione in grado di condurre a sequele patologiche, anche gravi, in soggetti sia sani che affetti da patologie croniche. Questo aspetto assume notevole importanza in relazione al numero sempre più elevato di persone che, per motivi di lavoro, sport o turismo, sono esposte a quote elevate e al fatto che non siano ancora ben definite le raccomandazioni mediche per i soggetti affetti da malattie croniche che si trovano esposti all’alta quota. Inoltre, tale condizione rappresenta un modello scientifico per lo studio delle risposte fisiologiche all’ipossia e della fisiopatologia di malattie caratterizzate dalla carenza di ossigeno come l’insufficienza cardiaca, la sindrome delle apnee nel sonno o l’ipertensione associata all’obesità”. Hanno preso parte alla spedizione sull’Everest 46 volontari, con un numero confrontabile di maschi e femmine, in buone condizioni di salute e con un’età compresa fra i 20 e i 65 anni. Lo popolazione oggetto di studio è stata quindi suddivisa in 2 gruppi: un gruppo di alpinisti composto da 10 scalatori professionisti con un’elevata esperienza alla vita in alta quota e un gruppo di escursionisti composto dai 36 rimanenti volontari (Figura 2). La raccolta dati è stata effettuata al campo base (5300 m s.l.m.) e al campo base avanzato (6400 m s.l.m.), mentre un sottogruppo di alpinisti ha raccolto dati anche durante l’ascesa alla vetta (8848 m s.l.m.). Numerose e sofisticate apparecchiature biomedicali sono state utilizzate per la registrazione dei parametri cardio- respiratori, metabolici, neurologici ed ematologici, sia durante il giorno sia durante il sonno notturno. Al campo base e al campo base avanzato sono state installate due stazioni meteorologiche complete, mentre tre stazioni microclimatiche sono state utilizzate per misurare alcuni parametri fisici all’interno delle tende (Figura 3). Sugli zaini e sull’attrezzature dei membri della spedizione sono stati posizionati sensori portatili per l’analisi delle variabili microclimatiche. Tutti gli spostamenti del gruppo nel corso della spedizione sono stati monitorati con sistema GPS. La temperatura corporea dei partecipanti è stata misurata con sensori applicati direttamente sulla pelle, mentre un rilevatore termografico ha registrato le immagini prodotte dalle radiazioni termiche emesse dai membri della spedizione. MagIC, la maglietta elettronica Per il monitoraggio delle informazioni biologiche relative a battito cardiaco, respiro e movimento è stata utilizzata MagIC, la Maglietta Interattiva Computerizzata sviluppata dal Polo Tecnologico della Fondazione Don Carlo Gnocchi di Milano. Il sistema MagIC rappresenta una nuova metodica biomedicale basata su tecnologia tessile ed è composto da una maglietta sensorizzata e da un modulo elettronico portatile (Figura 4). La maglietta è costituita di cotone e lycra ed è completamente lavabile. A livello del torace la maglietta include due elettrodi realizzati con fibre tessili conduttive opportunamente intessute che costituiscono una derivazione ECG. Il contatto tra elettrodi e torace è garantito dalle proprietà elastiche dell’indumento. La maglietta include anche un trasduttore per la rilevazione della frequenza respiratoria, anch’esso basato su tecnologia tessile e ottenuto attraverso una particolare lavorazione brevettata delle fibre conduttive. Attraverso connessioni elettriche sempre realizzate con fibre tessili conduttive, i segnali elettrocardiografico e respiratorio sono acquisiti da un modulo elettronico avente peso e dimensione di un telefono cellulare e posizionato al lato della maglietta attraverso una striscia di velcro (Figura 5). Il modulo elettronico contiene al suo interno anche un accelerometro che permette di rilevare il movimento del soggetto. Lo stesso modulo raccoglie quindi tutte le informazioni biologiche (ECG, respiro e movimento) e le invia ad un calcolatore remoto o ad un calcolatore palmare attraverso un collegamento Bluetooth. PROGETTO HIGHCARE Fig. 1 - Il progetto HIGHCARE Fig. 2 - Il gruppo di volontari per la spedizione sull'Everest Fig. 3 - Il campo base Fig. 4 - La maglietta MagIC
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INGEGNERI BERGAMOINGEGNERI BERGAMO
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Introduzione
Per ledizione 2009 di BergamoScienza la Commissione Bioingegneria ha proposto alla Segreteria Scientifica della manifestazione la figura del Prof. Gianfranco Parati, primario di cardiologia allIstituto Auxologico Italiano e docente di medicina interna allUniversit di Milano-Bicocca, per lesposizione del progetto HighCare 2008 Tra Scienza e Natura, una spedizione di due mesi sulle vette dellHimalaya per lo studio delle risposte fisiologiche dellorganismo in seguito allesposizione allipossia ipobarica (carenza di ossigeno in alta quota). Tale condizione rappresenta un modello scientifico per lo studio delle risposte fisiologiche allipossia e della fisiopatologia di malattie caratterizzate dalla carenza di ossigeno come linsufficienza cardiaca, la sindrome delle apnee nel sonno o lipertensione associata allobesit. BergamoScienza ha introdotto il progetto del Prof. Parati nella conferenza dello scorso 9 Ottobre 2009 dal titolo Dalle vette agli abissi: come cambia in nostro respiro, in cui si sono alternati grandi ed entusiasmanti sportivi che hanno raccontato le loro esperienze, anche con video delle loro imprese (Simone Moro per lalpinismo e Umberto Pellizzari per limmersione in apnea) e figure medico-scientifiche che hanno esposto i loro studi (Prof. Parati per lalta quota e Dott. Torcello per lapnea). Moderatore della conferenza il Dott. Ettore Vitali, cardiochirurgo dellHumanitas Gavazzeni di Bergamo.
Il progetto HIGHCAREDopo quattro anni di esperienza nella ricerca in alta quota condotta in cima al Monte Rosa dal 2004 (Capanna Regina Margherita, 4559 m s.l.m.), lIstituto Auxologico Italiano e lUniversit degli Studi di Milano-Bicocca hanno organizzano il progetto HIGHCARE 2008 (HIGH altitude CArdiovascular REsearch, sito web www.highcare2008.eu), una spedizione nella regione Himalayana dellEverest con lo scopo di valutare le variazioni fisiologiche indotte da una marcata e prolungata esposizione allipossia ipobarica (Figura 1). Molte delle variazioni fisiologiche che avvengo alle alte quote sono causate dalla diminuzione della pressione atmosferica che conduce a ipossia. Lo studio dellesposizione in alta quota importante non solo perch permette di comprendere meglio i meccanismi che regolano ladattamento allalta
quota e leziopatogenesi del male acuto di montagna (AMS), ma anche perch questa condizione pu servire da modello per esplorare la fisiopatologia di alcune le malattie connesse con lipossia tissutale, quali lo scompenso cardiaco, la malattia polmonare ostruttiva cronica, lipertensione arteriosa associata alla sindrome delle apnee notturne e lobesit severa e per provare lefficacia di alcuni interventi terapeutici utili a curarle.
Lesposizione allipossia ipobarica (carenza di ossigeno) da alta quota riveste, in ambito medico, una duplice importanza, spiega il prof. Gianfranco Parati, primario di cardiologia allIstituto Auxologico Italiano e docente di medicina interna allUniversit di Milano-Bicocca, ricercatore-capo della missione HIGHCARE. Innanzitutto lesposizione del corpo umano ad una condizione non fisiologica rappresenta una condizione in grado di condurre a sequele patologiche, anche gravi, in soggetti sia sani che affetti da patologie croniche. Questo aspetto assume notevole importanza in relazione al numero sempre pi elevato di persone che, per motivi di lavoro, sport o turismo, sono esposte a quote elevate e al fatto che non siano ancora ben definite le raccomandazioni mediche per i soggetti affetti da malattie croniche che si trovano esposti allalta quota. Inoltre, tale condizione rappresenta un modello scientifico per lo studio delle risposte fisiologiche allipossia e della fisiopatologia di malattie caratterizzate dalla carenza di ossigeno come linsufficienza cardiaca, la sindrome delle apnee nel sonno o lipertensione associata allobesit.
Hanno preso parte alla spedizione sullEverest 46 volontari, con un numero confrontabile di maschi e femmine, in buone condizioni di salute e con unet compresa fra i 20 e i 65 anni. Lo popolazione oggetto di studio stata quindi suddivisa in 2 gruppi: un gruppo di alpinisti composto da 10 scalatori professionisti con unelevata esperienza alla vita in alta quota e un gruppo di escursionisti composto dai 36 rimanenti volontari (Figura 2).La raccolta dati stata effettuata al campo base (5300 m s.l.m.) e al campo base avanzato (6400 m s.l.m.), mentre un sottogruppo di alpinisti ha raccolto dati anche durante lascesa alla vetta (8848 m s.l.m.). Numerose e sofisticate apparecchiature biomedicali sono state utilizzate per
la registrazione dei parametri cardio-respiratori, metabolici, neurologici ed ematologici, sia durante il giorno sia durante il sonno notturno. Al campo base e al campo base avanzato sono state installate due stazioni meteorologiche complete, mentre tre stazioni microclimatiche sono state utilizzate per misurare alcuni parametri fisici allinterno delle tende (Figura 3).
Sugli zaini e sullattrezzature dei membri della spedizione sono stati posizionati sensori portatili per lanalisi delle variabili microclimatiche. Tutti gli spostamenti del gruppo nel corso della spedizione sono stati monitorati con sistema GPS. La temperatura corporea dei partecipanti stata misurata con sensori applicati direttamente sulla pelle, mentre un rilevatore termografico ha registrato le immagini prodotte dalle radiazioni termiche emesse dai membri della spedizione.
MagIC, la maglietta elettronicaPer il monitoraggio delle informazioni biologiche relative a battito cardiaco, respiro e movimento stata utilizzata MagIC, la Maglietta Interattiva Computerizzata sviluppata dal Polo Tecnologico della Fondazione Don Carlo Gnocchi di Milano. Il sistema MagIC rappresenta una nuova metodica biomedicale basata su tecnologia tessile ed composto da una maglietta sensorizzata e da un modulo elettronico portatile (Figura 4).
La maglietta costituita di cotone e lycra ed completamente lavabile. A livello del torace la maglietta
include due elettrodi realizzati con fibre tessili conduttive opportunamente intessute che costituiscono una derivazione ECG. Il contatto tra elettrodi e torace garantito dalle propriet elastiche dellindumento. La maglietta include anche un trasduttore per la rilevazione della frequenza respiratoria, anchesso basato su tecnologia tessile e ottenuto attraverso
una particolare lavorazione brevettata delle fibre conduttive. Attraverso connessioni elettriche sempre realizzate con fibre tessili conduttive, i segnali elettrocardiografico e respiratorio sono acquisiti da un modulo elettronico avente peso e dimensione di un telefono cellulare e posizionato al lato della maglietta attraverso una striscia di velcro (Figura 5). Il modulo elettronico contiene al suo interno anche un accelerometro che permette di rilevare il movimento del soggetto. Lo stesso modulo raccoglie quindi tutte le informazioni biologiche (ECG, respiro e movimento) e le invia ad un calcolatore remoto o ad un calcolatore palmare attraverso un collegamento Bluetooth.
PROGETTO HIGHCARE
Fig. 1 - Il progetto HIGHCARE Fig. 2 - Il gruppo di volontari per la spedizione sull'Everest
Fig. 3 - Il campo base
Fig. 4 - La maglietta MagIC
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raggiunta. In particolare laumento della velocit dellonda di polso persistente anche in caso di esposizione prolungata allipossia in quota.
Il sonno. Lo studio del sonno in alta quota ha confermato la presenza di frequenti e marcate apnee centrali ed ha rivelato per la prima volta differenze notevoli tra i sessi. I dati dello studio HIGHCARE mostrano come durante esposizione ad ipossia in alta quota, sia a 3500 che a 5400 m s.l.m., la respirazione periodica durante il sonno compaia pi frequentemente negli uomini rispetto alla donne in et fertile. Le donne iniziano a presentare un numero
significativo di apnee centrali solo al pi elevato livello di quota raggiunto. Questi dati supportano il concetto di un ruolo protettivo svolto dagli ormoni sessuali femminili sulla funzionalit respiratoria.
La respirazione. A seguito di una rapida ascesa in alta quota, si verifica un eccesso di accumulo di fluidi lungo la membrana capillare alveolare, con un conseguente effetto sulla riduzione della saturazione del sangue in ossigeno. In queste circostanze la ventilazione a pressione di aria positiva continua (CPAP)
efficace nel migliorare la saturazione di ossigeno e in generale la funzione cardiorespiratoria.Dopo acclimatamento a seguito di esposizione prolungata allipossia ipobarica in quota si verifica un aumento della saturazione del sangue in ossigeno e un miglioramento dellemodinamica polmonare. Sia in condizioni di esposizione acuta allipossia ipobarica, sia in condizioni di esposizione prolungata, lesecuzione di esercizi di respirazione lenta (6 atti al minuto) determinano un netto miglioramento della saturazione del sangue in ossigeno e una riduzione della pressione polmonare, aumentata in seguito a ipossia. Lesecuzione di questi esercizi potrebbe pertanto rappresentare un semplice ma efficace mezzo non solo per contrastare alcuni effetti dellipossia in alta quota, ma anche per migliorare la condizione clinica di pazienti affetti da patologie croniche associate ad ipossiemia, come nei pazienti con scompenso cardiaco cronico e disturbi respiratori.
Il calcolatore riceve i dati trasmessi dalla maglietta, li visualizza e li memorizza su disco o su una memory card (Figura 6).
I risultati del progetto HIGHCARE
I primi risultati di questo studio sono stati presentati nel corso del congresso internazionale European Society of Hypertension, Milano, 12-16 Giugno 2009.
La pressione arteriosa. In HIGHCARE il monitoraggio dinamico della pressione arteriosa durante le 24 ore stato per la prima volta effettuato ripetutamente in alta quota. Si cos potuto dimostrare che lesposizione allalta quota induce un aumento sostenuto della pressione arteriosa evidente in tutte le 24 ore. Tale aumento proporzionale alla quota raggiunta e viene mantenuto anche durante lesposizione prolungata a quote molto alte.
Laumento di pressione arteriosa a quote molto elevate stato particolarmente evidente nelle ore notturne, anche in relazione ai noti disturbi della respirazione nel sonno che si verificano in questa condizione, producendo un profilo circadiano della pressione piatto, cio senza la fisiologica riduzione durante il sonno notturno. I valori pressori sono tornati ai livelli pre-spedizione immediatamente dopo il rientro al livello del mare (Figura 7).
Lelasticit delle arterie. Per la prima volta si anche potuto descrivere il comportamento dellelasticit delle grandi arterie in condizioni di ipossia in quota. Si con chiarezza riscontrato un aumento della rigidit delle grandi arterie, quantificata mediante la valutazione della velocit di propagazione dellonda di polso arterioso, e un aumento della pressione arteriosa centrale stimata a livello aortico. Tali aumenti sono proporzionali alla quota
Fig. 6 - I dati raccolti con MagIC
Fig. 5 - Il Prof. Gianfranco Parati indossa MagIC
Fig. 7 - La misura della pressione arteriosa al campo base
S I S T E M I D I F I S S A G G I O E C O N S O L I D A M E N T O
shoot&fixFissaggio a sparo - Powder Actuated Fix
easy&strongAncorant i ch imic i - Chemical anchors
heavy&metalAncoranti meccanici - Mechanical anchors
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BOSSONG S.p.A. Sistemi di fissaggio e consolidamentoZona Industriale 2 - Via E. Fermi, 51 - 24050 GRASSOBBIO (Bergamo) Italy - Tel +39 035 3846 011 - Fax +39 035 3846 012 - [email protected]
strength&saveC o n s o l i d a m e n t o - S t r e n g t h e n i n g s y s t e m
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ConfindustriaUnione Industriali
Associazione Italiana per il restauro architettonico,
artistico, urbanoEuropean Consortiumof Anchors Producers
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Ing. Sarah BurgarellaPRESIDENTE COMMISSIONE BIOINGEGNERIA
