Abstract21Introduzione31.1Stato dellarte della chirurgia ricostruttiva del tessuto della vescica41.2Biomeccanica e caratteristiche istologiche del tessuto della vescica.72Materiali e metodi192.1Materiale biologico192.2Pompa peristaltica Ismatec Reglo DIGITAL MS-4/6-100192.3Scheda di acquisizione212.4Sensore di pressione222.5Bagno salino242.6Macchina fotografica272.7Software272.7.1Autocad272.7.2Labview282.7.3Image ProPlus292.7.4MatLab293Bibliografia29

Abstract

Al fine di progettare procedure chirurgiche di riparazione a lungo termine e scoprire materiali per la ricostruzione della vescica necessario caratterizzare e quantificare le propriet fondamentali del tessuto.Lobiettivo di questo lavoro stato quello di studiare il comportamento della vescica intera sottoposta ad una variazione di volume e gli effetti a lungo termine sul tessuto dopo limmissione di liquido. Per questo la vescica stata immersa in un bagno salino e collegata ad una pompa peristaltica Ismatec impostata su tre diverse portate mentre tramite un sensore esegue il monitoraggio della pressione interna alla vescica.. A completare il sistema di misura si adoperato un sistema ottico costituito da due macchine fotografiche che hanno rilevato la geometria della vescica durante le prove.

Introduzione

Questa tesi inserita in un progetto finanziato dal MIUR (Ministero dellUniversit, dellIstruzione e della Ricerca), allinterno del PRIN (Programmi di Ricerca Scientifica di Rilevante Interesse Nazionale), intitolato Ingegneria della chirurgia pelvica: simulazione numerica e rigenerazione dei tessuto in vitro.Questo programma di ricerca ha due obiettivi principali: Migliorare in modo significativo la pianificazione pre-operatoria di chirurgia ricostruttiva degli organi pelvici attraverso lapplicazione di metodologie CAS (Computer Aided Surgery), come fatto in altri tipi di interventi chirurgici Progettare e realizzare le colture cellulari per la maturazione del tessuto vescicaleQuesti obiettivi sono perseguiti in cinque fasi, con la partecipazione di quattro unit: il Politecnico di Torino (Polito), il Politecnico di Milano (PoliMi), l'Universit di Catania (UniCt) e l'Universit di Firenze (UNIFI).Fase I (Polito, Unifi, UniCt) riguarda la ricostruzione tridimensionale di organi pelvici, la loro traduzione in modelli numerici e la validazione di tali modelli numerici.Fase II (Polito) Per quanto riguarda la prova sperimentale di natale tessuti pelvici al fine di convalidare il loro modello meccanico che fare con il loro comportamento viscoso, il tasso di ceppo effetto intrinseco e non linearit.Fase III (PoliMi, PoliTo, UniCt) si concentra sulla progettazione della vescica urinaria e dei tessuti. Si tratta della scelta dei materiali patibolo e l'ottimizzazione, la progettazione del processo di proliferazione cellulare e lo sviluppo del tessuto attraverso colture cellulari dedicati e bioreattori, le caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche (statiche e dinamiche) caratterizzazione di ponteggi e dei tessuti ingegnerizzati.Fase IV (Polito, Unifi) riguarda la progettazione e l'ottimizzazione della chirurgia pelvica ricostruttiva. Alcune patologie organi pelvici che richiedono intervista chirurgici sono individuati diversi interventi chirurgici e sono simulate per mezzo dei modelli realizzati in fase I e grazie ai risultati di fase II e III.Fase V (Polito, PoliMi, UniCt, Unifi) la fase conclusiva in cui sono impostati i risultati ottenuti contro l'obiettivo fisso che un recupero ottimale della funzione pelvica attraverso l'intervista chirurgico.Gli obiettivi fondamentali di questo lavoro sono: 1. Validare dei dati provenienti dalla letteratura riguardanti lo stress che le pareti subiscono durante il riempimento ed i dati riguardanti le variazioni di pressione correlate al volume. 2. Cercare una relazione tra la variazione di volume immesso nella vescica e la variazione delle dimensioni della vescica, valutando le posizioni dei marker nel corso dellesperimento.3. Creare un modello matematico che rispecchi il comportamento del tessuto della vescica durante il suo normale comportamento La pianificazione del lavoro comprende tre fasi principali:1. La progettazione del sistema di misura: Disegno del bagno salino Scelta della pompa Scelta del sistema di misura (macchina fotografica, scheda di acquisizione, sensore di pressione)2. Scelta dei parametri con cui condurre le prove: Portata Periodo di campionamento3. Elaborazione dei risultati

Le propriet misurate sul tessuto saranno di riferimento per la progettazione di tessuti ingegnerizzati (Fase III) e permetteranno la parametrizzazione del modello numerico dei pelvi (Fase I).

Stato dellarte della chirurgia ricostruttiva del tessuto della vescicaOltre 400 milioni di persone in tutto il mondo sono afflitte da patologie congenite o acquisite (disfunzioni neurologiche della vescica, cisti, cancro alla vescica) che causano alterazioni funzionali nel meccanismo della minzione [Korossis, 2009].Dagli ultimi ultimi 20 anni ad oggi la maggior parte degli interventi chirurgici per reintegrare le funzioni perdute consiste nellinnesto o sostituzione di parti della vescica utilizzando segmenti dellintestino o altri (autologhi) tessuti. Questo tipo di approccio non privo di contro indicazioni e potrebbe comportare gravi complicazioni che suggeriscono che il materiale usato potrebbe essere inadeguato [Bunyaratavey, 1993]; la rottura delle pareti riparate infatti conosciuta nel 5% dei casi [Chancellor, 1996]e lalternativa una derivazione esterna dellapparato urinario, con un evidente impatto sulla qualit della vita [Marino, 2002].La mancanza di tessuti autologhi in forma per la ricostruzione della vescica urinaria ha portato alla richiesta di strategie alternative di rigenerazione, sia in vivo che in vitro che fanno uso di sostituti sintetici o ibridi di natura biologica. Le vie genito-urinarie sono state ricostruite utilizzando materiali naturali (collagene e alginato) o tessuti naturali decellularizzati (vescica, sottomucosa dellintestino tenue) o polimeri sintetici (acidopoliglicolico, PGA, acido polilattico, PLA, polilattide-polyglycolide copolimeri, PLGA, Degrapol) [Dahms, 1998].Sono stati provati diversi approcci: limpianto diretto in vivo di materiali bioattivi e biodegradabili, limpianto di tessuti precedentemente ricellularizzati ma i risultati ottenuti dimostrano che la differenziazione cellulare ed il rimodellamento della matrice extracellulare non progrediscono in modo fisiologico. noto che per una corretta e completa differenziazione cellulare necessaria una coltura cellulare in un ambiente biochimico adeguato, allinterno di impalcature tridimensionali e con una fisiologica trasmissione di stimoli meccanici sia statici che dinamici. [Korossis, 2006]. Il ruolo chiave quindi stimolare e guidare la crescita dei tessuti in vitro per lo sviluppo di modelli funzionali per i sistemi ricellularizzati in vitro. Questi sistemi hanno il vantaggio di esporre gli scaffold ricellularizzati alla possibilit di stimoli meccanici rilevant e ci consente, rispetto ad una coltura statica, una migliore perfusione ed un mezzo automatizzato e la crescita di ricircolo dei fattori, oltre ad un monitoraggio continuo per il controllo dei parametri significativi della coltura.Lobiettivo dellutilizzo di questi sistemi quello di analizzare e comprendere gli effetti che la stimolazione meccanica ha sulla crescita delle cellule e sulle propriet meccaniche dellingegneria tissutale, ma anche di ottenere tessuti ricellularizzati da cellule autologhe adatti allimpianto e con propriet simili a quelle fisiologiche.Affiancata a questa ricerca sui tessuti sono stati fatti sforzi per ottimizzare la pianificazione pre-operatoria in urologia ricostruttiva, avvalendosi di metodologie gi sperimentate in altri ambiti della medicina.La ricostruzione tridimensionale di organi pelvici uno strumento molto utile sia per scopi diagnostici che terapeutici, come dimostrato in letteratura. Essa permette infatti una attenta pianificazione dellintervento al fine del renderlo minimamente invasivo, ma anche di rafforzare le capacit diagnostiche e di valutare le diverse opzioni chirurgiche. Con il passare del tempo immagini piane hanno dato luogo a modelli 3D, portando cos una sempre maggiore integrazione tra la parte umana e quella computerizzata. I dati di input provenienti dalla risonanza magnetica, permettono di esaminare piccoli volumi al fine di isolare tutti i diversi organi, grazie a software specifico sempre pi veloce riducendo sempre pi lintervento manuale richiesto. Da un punto di vista diagnostico lunico esame che pu permettere una valutazione quantitativa dellevento della minzione lanalisi uro-dinamica o analisi videoureodinamica RX attraverso immagini di cistouretrogafia [Di Grazia, 2004]. Lo studio della fase di riempimento (in cui una soluzione fisiologica introdotta nella vescica a portata costante) consente di stabilire ladattabilit o la conformit della vescica di mantenere una bassa pressione. Tale adattabilit indispensabile per evitare alterazioni della via escretoria superiore.. Durante la fase della minzione la pressione endovescicale ed il flusso di minzione endovescicale vengono valutati nella fase iniziale, intermedia e finale. Nomogrammi di questo rapporto sono valutati come principale strumento di valutazione rapida di una eventuale condizione di ostruzione la cui origine cervico-prostatica o sfinteriale. A questa analisi della minzione possono essere associati lesame visivo dellanatomia dellapparato urinario basso (inteso come vescica, uretra nella sua parte funzionale). Nel caso di sospetta disfunzione neurologica della vescica lanalisi completata per mezzo di elettromiografia o con gli elettrodi posizionati sulle regioni sfinteriche peri-uretale. Per quanto riguarda il presente, tuttavia, levento di minzione e la valutazione numerica dei valori di pressione non pu essere effettuata in condizioni ortostatiche o dinamiche. Inoltre la struttura di supporto pelvica non considerata nellanalisi uro-dinamica. Qui i modelli possono dare un importante contributo. Una volta validati attraverso esami diagnostici standard, la loro estrapolazione permette di analizzare le condizioni fisiologiche. Qualche esempio di questo approccio pu essere trovato in letteratura, dove la variazione di volume prostatico durante la radioterapia stato simulato [James, 2005] o lanalisi fluidodinamica del sistema uretra/vescica stato eseguita [Pel, 2007].Dal punto di vista terapeutico i modelli numerici possono dare un importante contributo nella pianificazione pre-operatoria: per esempio, dei permettono di simulare differenti ricostruzioni e di valutare lancoraggio pi adatto e vincoli sul bacino in accordo ai carichi applicati [Marino, 2002].Il passaggio da un modello puramente geometrico ad uno strutturale pu essere compiuto se le propriet meccaniche di tutti i materiali sono note, se le forze e le pressioni su organi possono essere quantificate e se le condizioni al contorno sono correttamente simulate [Marino, 2002]. In realt questa lapplicazione di metodologie ben note che sono state gi testate ed utilizzate in campo ortopedico e cardiaco. Limpatto di queste metodologie in campo urologico pu essere importante sia per la diagnostica che per la chirurgia.Quindi, al fine di progettare procedure di riparazione chirurgica a lungo termine, sviluppare materiali per la ricostruzione della vescica e gettare uno sguardo nelle malattia che portano a disfunzioni della vescica necessario caratterizzare e quantificare le propriet fondamentali della meccanica della vescica normale.

Biomeccanica e caratteristiche istologiche del tessuto della vescica.La vescica urinaria un organo muscolare cavo ed irregolare sito nella zona pelvica che raccoglie urina secreta dai reni e convogliata attraverso gli ureteri. un organo che immagazzina temporaneamente urina di cui si svuota durante la minzione attraverso luretra (figura 1.1[footnoteRef:1]). [1: http://www.seekwellness.com/incontinence/how_bladder_works.htm]

Figura 1.1 schema dellapparato urinario

La vescica un organo comune nel regno animale, ma differente in forma e, in alcuni casi, non omologa a quella degli uomini. A seconda dello stato di riempimento la forma, le dimensioni e la situazione topologia della vescica variano. posizionata nella parte anteriore delle piccole pelvi, dietro la sinfisi pubica e davanti allutero, nella donna, al retto nelluomo. La forma triangolare a base posteriore ed appiattita verso lalto. La vescica vuota ha la faccia superiore concava verso lalto mentre la faccia inferiore convessa in basso e la cavit ridotta ad una fessura. Durante la fase di riempimento le pareti vescicali si distendono e la faccia superiore, che quella che si distende maggiormente, cambia la sua concavit. La vescica assume cos una forma ovoidale con lestremit pi voluminosa nella parte inferiore e con lasse diretto in basso ed indietro. Da un punto di vista morfologico, in generale, la vescica pu essere divisa in tre regioni: base, corpo ed apice. (figura 1.2[footnoteRef:2]). Luretra inizia dalla base della vescica ed in questa regione ci sono, uno per lato, gli ingressi degli ureteri. Larea compresa tra ureteri ed uretra chiamata trigone. [2: http://www.my-personaltrainer.it/fisiologia/vescica.html]

Le pareti della vescica sono composte da quattro tuniche (figura 1.2): mucosa, subucosa, muscolare, sierosa. Lo strato mucoso il tessuto interno ed anche conosciuto come urotelio, perch costituito da 5/7 strati di cellule epiteliali di transizione. Le cellule pi in alto sono dette cellule ombrello, in quanto a vescia vuota formano uno strato ripiegato su se stesso. Mentre lorgano si riempie il tessuto si distende. Lo strato della sottomucosa, conosciuta anche come lamina propria, costituito da vasi linfatici, sanguigni e nervi dentro il tessuto connettivo e fibre elastiche. Funziona come un piano di scorrimento su cui la tunica mucosa pu cambiare il suo aspetto in base al riempimento della vescica. La tunica muscolare caratterizzata da tre strati di fibre muscolari lisce che compongono il muscolo detursore. Anche se teoricamente divisi questi strati si compenetrano a vicenda. In generale lo strato pi superficiale costituito da fibre longitudinali, in quello medio le fibre sono circolari ed unite alla base della vescica, attorno allapertura uretale interna; il terzo strato, il pi profondo, costituito da fibre longitudinali. Inoltre dalla base allapice le fibre muscolari formano un arco. La contrazione del muscolo detursore e il rilassamento dello sfintere uretale sono controllate dal sistema nervoso parasimpatico, che stimola lespulsione dellurina attraverso luretra. Lo strato muscolare non attivo solo durante la funzione della minzione, ma ha anche una funzione statica che consente alla vescica di allargarsi ed immagazzinare urina [Brocardo, 2003]. Il mantello sieroso la parete del peritoneo che copre solamente la regione superiore e quella latero-posteriore della vescica. (figura 1.2) Le altre parti delle pareti della vescica sono coperte da tessuto connettivo. Quando lurina si accumula le rughe interne dello strato mucoso (figura 1.2) si appiattiscono e le pareti della vescica si assottigliano (da circa 10mm a circa 2-3 mm), consentendo alla vescica di immagazzinare grandi quantit di urina senza un significativo incremento della pressione interna [Brocardo, 2003]. Questo fenomeno chiamato complianza e deriva dalla particolare struttura delle pareti della vescica. La capacit della vescica, ovvero lammontare di urina che pu essere immagazzinata prima di avvertire uno stimolo a svuotarla, di circa 250-300ml ma varia molto tra gli individui. La capacit circa 600ml (15 volte il volume vuoto) ed in qualche caso, come il ristagno urinario, lorgano pi accumulare pi di 1l di urina.

Figura 1.2 regioni della vescica e tessuto delle paretiLa parete della vescica dimostra una notevole disomogeneit intrinseca nelle propriet del suo materiale [Gabella, 1990].Gli esami istologici su campioni raccolti lungo le direzioni apice-base e trasversali da cinque regioni anatomiche delle pareti distese e non distese della vescica sono stati eseguiti da Korossis (2009) su vesciche di suino al fine di analizzare larchitettura istologica generale, oltre alla quantit e orientamento dellelastina (macchia di Miller), di collagene e di muscolatura liscia (macchia di Gieson). Lo studio rivela che lelastina generalmente sparsa nella parete della vescica, tuttavia, tra le cinque regioni parietali i campioni recuperati dalle regioni dorsali, ventrali e laterali contengono pi elastina, mentre i campioni provenienti dalla regione inferiore del corpo ne contengono una quantit minima (figura 1.4). In tutte le regioni lelastina sembra essere orientata prevalentemente in direzione trasversale (circonferenziale) (figura 1.3). Nella regione ventrale lelastina sembra concentrarsi nella met inferiore della regione sierosa mentre la regione del trigono sembra contenere sembra contenerne meno. La colorazione di Miller dellelastina, inoltre, dimostra la presenza nelle pareti di vasi (figura 1.3). Lelastina interviene nel meccanismo di contrazione dei tessuti ed di solito presente nelle regioni in cui vi sono grandi deformazioni. La colorazione di van Gieson rivela anche che il lato inferiore del corpo e la regione del trigono contengono una rete di collagene maggiore rispetto alle regioni dorsali e ventrali (figura 1.3). Per quanto riguarda il muscolo detursore pi compatto allinterno della regione del trigono (figura 1.4), ma difficile distinguere uno schema di orientamento che possa distinguere una regione da unaltra. I campioni recuperati dalle regioni inferiori del corpo e del trigono della vescica distesa sono meno affetti dalla distensione, mantenendo spessore ed urotelio contorto (figura 4); al contrario, quando distese, le regioni dorsale, laterale e ventrale si riducono di spessore e lurotelio appiattito. La colorazione di Van Gieson dimostra che i fasci muscolari nelle regioni dorsali, laterali e ventrali della vescica distesa sono pi compatti rispetto al trigono ed alla regione inferiore, riflettendo la maggiore capacit di distendersi di queste regioni e la successiva riorganizzazione della Matrice Extra Cellulare (ECM). Questo dimostra le osservazioni che sostengono che nella vescica non distesa presente pi elastina nelle regioni ventrale, laterale, dorsale rispetto alle regioni inferiori della vescica. Dahms (1998) ha dimostrato che la vescica di maiale e quella umana hanno caratteristiche istologiche simili, in particolare entrambe dimostrano un basso rapporti di fibre sottili di collagene (di tipo III) che appaiono come una rete a maglie larghe.

Figura 1.3 Campioni completamente distesi prelevati dalla regione dorsale (d), ventrale (v), Laterale (l), Corpo inferiore (LB), trigono (t)

Figura 1.4 Campioni non distesi prelevati dalla regione dorsale (d), ventrale (v), Laterale (l), Corpo inferiore (LB), trigono (t)

Andando ad osservare adesso le propriet meccaniche, il tessuto della vescica mostra le propriet tipiche dei tessuti molli, comprendendo una regione iniziale lineare (fase elastica), seguita da una seconda regione lineare pi lunga (fase collagenosa) che si conclude col collasso.Dati raccolti dalla letteratura [Bross, 2003] si evidenzia come lo stress in condizioni fisiologiche sia compreso tra 25 e 100kPa, mentre i cicli di carico hanno durata variabile di 15, 1, 0.5, 0.1, 0.05s.Da prove effettuate sul vesciche di maiale risultato che le propriet di questo tessuto sono molto simili a quelle della vescica umana. Il modulo elastico calcolato nella fase elastica pari 0.25MPa e 0.26MPa per umani e maiali rispettivamente [Dahms, 1998].Larchitettura istologica delle mura della vescica influenza profondamente le sue propriet meccaniche. Il tessuto mostra infatti unanisotropia regionale e direzionale nelle propriet meccaniche passive correlate alle sua caratteristiche istologice. Precedenti studi [Korossis, 2009] dimostrano che il tessuto della vescica di maiale tende ad espandersi fondamentalmente in direzione trasversale (caratteristica evidenziata in maniera particolare in codizioni extra fisiologice), il che mostra che lorgano tende ad espandersi in quella direzione piuttosto che nella direzione apice base. Questo supportato dai risultati istologici che dimostrano che lelastina orientata prevalentemente in quella direzione. Lelastina infatti presente in quei tessuti, o regioni di tessuto, che sono caratterizzati, durante il loro funzionamento, a forti stress ed allungamenti. In pi la fase di elastina nelle regioni dorsali e laterali, che contengono pi elastina, mostrano la maggiore rigidezza in direzione trasversale; il corpo inferiore dimostra il pi alto grado di anisotropia direzionale, mentre le regioni dorsali e ventrali dimostrano una minima anisotropia direzionale (figura 1.5).Notevole anisotropia regionale stata riscontrata nella parete della vescica di maiale nella direzione apice base [Korossis, 2009], mentre questa molto meno accentuata nella direzione trasversale, che indica unespansione molto uniforme in direzione circonferenziale. Inoltre, mentre nella fase dellelastina non sono state riscontrate significative differenze, nella regione dorsale e ventrale, rispetto ad altre zone della vescica, si nota una ridotta fase di collagene ed un aumento della fase di transizione e della tensione di fallimento di queste regioni (figura 1.5). Questo indica che le regioni in esame riescono a sopportare tutto il carico applicato con uno sforzo minore rispetto alle altre regioni. Inoltre la regione dorsale e laterale presentano una maggiore tendenza a svilupparsi nella direzione apice-base rispetto alle altre regioni. A supporto di questa tesi vi lanalisi istologica, che dimostra che i campioni recuperati dalle zone inferiori della vescica, rispetto a quelli delle altre regioni, risultano meno distesi (figura 1.3). Aggiungendo la regione laterale alle precedenti si nota come queste presentino la massima resistenza alla trazione sia a livello regionale che direzionale (figura 1.5), che pu essere attribuito allaumento delle reti di collagene come pure per gli strati muscolari che meglio si prestano a sopportare la tensione. (figura 1.3).

Figura 1.5 grafici tensione-deformazione del comportamento regionale della parete della vescica lungo le direzioni apice-base e trasversale (confidenza del 95, n=6) a) dorsale, b) ventrale, c) laterale, d) corpo inferiore, e) trigono.Prove di trazione biassiale eseguite sulla vescica di ratto [Gloeckner, 2002] dimostrano che il tessuto della vescica ha un comportamento isotropo se sottoposto ad un uguale carico biassiale, ma non isotropo nel caso di carichi non uniformi, evidenziando quello che viene definito comportamento quasi-isotropo, importante in alcune applicazioni fisiologiche e nella ricostruzione della vescica, oltre ad essere unimportante informazione in quegli interventi chirurgici che modificano la forma della vescica. Poche le prove che sono state eseguite in merito allanalisi delle propriet viscoelastiche del tessuto, tuttavia [Coolsaet, 1975] ha dimostrato che le costanti viscoelastiche nella vescica canina non si discostano molto nel caso in cui si analizzino campioni ritagliati o lintera vescica, escludendo quindi una dipendenza dalla geometria degli esemplari su cui vengono condotte le prove.Altre prove sono state condotte sulla vescica intera (cistometria), cercando di tracciare le caratteristiche necessarie alla creazione di un modello volto a riprodurre il comportamento dellorgano completo. Le prove cistometriche sono eseguite anche sulluomo, in vivo, e servono a individuare eventuali disfunzioni della vescica nellindividuo, studiando lo stimolo alla minzione in relazione al volume di liquido immesso allinterno della vescica. Per un uomo sano mediamente il volume di urina contenuto allinterno della vescica prima che lo stimolo diventi doloroso si attesta tra i 400 ed i 500ml, con una pressione interna, in condizioni di funzionamento normali, che varia da 60 a 90 cmH2O.Per quanto riguarda le prove eseguite in laboratorio su vesciche prelevate da animali macellati, si notato che non esistono differenze qualitative tra le vesciche di diverse specie [Alexander, 1971]. Le prove hanno evidenziato la presenza di tre diverse fasi allinterno del tessuto, dipendenti dalla quantit di volume immessa. La prima fase la serie viscolestica, reversibile, ed evidenziata dal grafico in figura 1.7, in cui possibile notare un rapido incremento di volume allaumentare della pressione, ed un rapido svuotarsi quando questa torna a scendere, evidenziando quindi un comportamento elastico del tessuto [Alexander, 1971]. La seconda fase quella plastoelastica, in cui si ha una parte elastica, dimostrata sempre dal ritorno alle condizioni iniziali dopo lo scarico (figura 1.7), che, data la lentezza delle deformazioni, mostra un ritorno alle condizioni iniziali molto pi rallentato rispetto alla prima serie. Aggiungendo alla soluzione utilizzata per fare le prove del betanecol-cloruro, che stimola la contrazione muscolare, stato possibile notare al ricarico, in cui lintervento dei muscoli diventa importante, vi sono notevoli variazioni nel volume che entra nellorgano(figura 1.7).Mettendo i dati sino ad ora ottenuti su un grafico volume/pressione viene evidenziata listeresi generata dal ciclo. Larea racchiusa tra le curve infatti mostra lenergia dispersa associata alla componente elastica della fase plastoelastica (figura 1.6).

Figura 1.6 Prova su vescica di gatto in vitro.i grafici tracciati a due livelli diversi di pressione che varia alla velocit di 1mmHg/sec. maggiore regolarit indica un'attivit muscolare inferiore.

La seconda parte della deformazione di una vescica quindi caratterizzata da un processo plastoelastico. La terza fase quella di creep irreversibile. Nellultima parte della figura 1.7 evidente che il volume finale, a pressione minima, non torna ad essere quello dellinizio dellesperimento. stato possibile notare quindi le due seguenti propriet: la prima che il processo non completamente reversibile, e la seconda che lirreversibilit aumenta gradualmente nel corso degli esperimenti in maniera uniforme.

Figura 1.7 Vescica di gatto isolata. Nellimmagine a sinistra il volume cambia in dunzione della variazione di pressione che passa da 3 a 30mmhg e viene mantenuta per 4 minuti. Nellimmagine a destra dopo aver riabbassato la pressione viene somministrata una sostanza che causa la contrazione muscolare, quindi la pressione viene di nuovo innalzata a 30mmhg.Tutte le fonti della letteratura sono concordi nel trovare come modello di approssimazione alla vescica intera quello di una sfera. Sono stati inoltre ricreati dei modelli matematici che rappresentano il tessuto della vescica, e questi hanno in comune il fatto di avere tre elementi [Alexander, 1971; Coolsaet, 1973] (figura 1.8).Figura 1.8 a confronto i due modelli del tessuto vescicale. A sinistra quello elaborato da alexander, 1971, in cui si ha la fase viscoelastica (sve), in serie troviamo un parallelo tra elemento contrattile (ce) e lelemento elastico della fase plastoelastica (pe). (r) il recettore che stimola la minzione, (pv) lelemento viscoso che, in serie con un elemento allentato che responsabile della fase di creep. Sulla destra c il secondo modello quello di coolsaet, in cui lo stress (s) espresso in una funzione matematica con due termini esponenziali ed una costante.

Materiali e metodi

Materiale biologicoLe prove sono state effettuate su vesciche di maiali di adulti prelevate dopo subito dopo la macellazione dellanimale. Tutte le vesciche sono state pulite da grasso, sangue e legamenti e quindi congelate dopo che gli ureteri sono stati cuciti e scongelate la sera prima di essere utilizzate. Lacqua viene immessa tramite un catetere appositamente creato per fare in modo da poter sigillare lorifizio ed evitare perdite attraverso luretra.Su alcune vesciche, sulle quali le prove sono state effettuate pi lentamente, sono stati cuciti una serie di marker per la valutazione della deformazione a livello locale.

Pompa peristaltica Ismatec Reglo DIGITAL MS-4/6-100Il modello di pompa scelto per condurre lesperimento una pompa Ismatec Reglo DIGITAL MS-4/6-100. Le caratteristiche di questa pompa sono riassunte in Tabella 2.1:ModelloReglo-Digital MS-4/6-100

Canali4

Numero di testine6

Portata minima [ml/min]0,002

Portata massima [ml/min]43

Velocit di rotazione testina [rpm]1-100

Risoluzione [rpm]0,01

Alimentazione230 V /50 Hz

Potenza [W]75

Moto reversibileSi

Interfaccia RS232Si

Pressione massima di ritorno [bar]1,5

Dimensioni DxWxH [mm]190x100x135

Peso [kg]2,1

Tabella 2.1I parametri che la pompa permette di controllare sono: Velocit di rotazione della testa della pompa Portata (alternativa alla velocit di rotazione, previa selezione del diametro del tubo) Volume da immettere Tempo di immissione Funzionamento con contatoreI parametri sono combinabili tra loro in fase di programmazione della pompa.Incluso nel pacchetto vi anche il pedale mod. FOOT-SWITCH REGLO/MIDI-DIGITAL che consente lazionamento della pompa da remoto e tubi dal diametro interno rispettivamente di 2,06mm con le seguenti caratteristiche (Tabella 2.2):Spessore tubo [mm]0,92

Durata [h]800+

Temperature di servizio [C]-70 fino a +74

Tabella 2.2

Preliminarmente sono stati effettuati dei test sui tubi per verificarne la portata reale a diversi regimi di rotazione. I risultati per i diametri in esame sono riassunti nelle tabelle a seguito (Tabella 3):Calibrazione pompa

Diametro interno del tubo=2,06mm

V di rotazioneP MediaErr%

[rpm][ml/min]

00

203.9460.760264

407.7980.512952

6011.4840.696621

8015.2080.887691

10019.0281.156191

Tabella 2.3

Mettendo su un grafico Giri minuto/Portata i risultati fin qui esposti si ottiene una curva di calibrazione dello strumento, che risulta essere con buona approssimazione una retta (Figura 2.1).

Figura 2.1

Vista la linearit della curva di calibrazione si assume la legge di variazione come una retta che ha il suo 0 nellorigine. Tale legge, approssimata alle estremit (note in funzione delle prove) ed espressa in funzione del numero di giri, vale:

La portata stato ottenuta approssimando 1ml=1mg

Scheda di acquisizioneLa scheda di acquisizione utilizzata una NI SCXI-1000, una scheda a bassa rumorosit espandibile in base al tipo di segnale da acquisire. Con questa scheda possibile eseguire il trigger tra diversi moduli che comunicano tra loro ad una velocit massima di 333kS/s.Il modulo utilizzato durante le prove quello per gli accelerometri, che consente di acquisire un segnale di tensione, che quello in uscita dal sensore utilizzato per le prove. Il modulo per accelerometri il modello NI SCXI-1530, caratterizzato da 4 ingressi indipendent, filtro passa basso impostabile 2,5, 5, 10 o 20 kHz e filtro passa alto a 0,2Hz per eliminare il DC offset dei sensori IEPE. Tutti gli ingressi analogici offrono circuiti T/H per eseguire il campionamento simultaneo. Ogni canale del modulo SCXI-1530 una alimentazione a 4 mA e 24 V per alimentare IEPE accelerometri / microfoni. Utilizzando una sorgente attiva di corrente, la corrente di eccitazione del modulo rimane costante indipendentemente dal carico misurato dal sensore.

Sensore di pressione I dati acquisiti dalla letteratura hanno rivelato delle pressioni interne alla vescica di molto inferiori a quella atmosferica. In particolare essa si attesta a valori inferiori di 6894.75Pa (1psi).Per valutare quindi le variazioni di pressione allinterno della vescica si utilizzato il sensore di pressione della honeywell mod 143PC01d con le seguenti caratteristiche riassunte in tabella 2.4:

Campo di misura-1