I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato il primo sistema di misurazione basato sulla fisica per prevedere se una persona potrebbe un giorno soffrire o meno di un aneurisma aortico, una condizione mortale che spesso non provoca sintomi finché non si rompe.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature Biomedical Engineering.
Aneurisma aortico: ecco cosa dice il nuovo studio
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno previsto una crescita aortica anomala misurando sottili “sfarfallamenti”; nel vaso sanguigno di un paziente. Quando il sangue scorre attraverso l’aorta, può far svolazzare la parete del vaso, in modo simile a come uno stendardo si increspa nella brezza. I ricercatori hanno scoperto che mentre un flusso stabile predice una crescita normale e naturale, un flutter instabile è altamente predittivo di una futura crescita anomala e di una potenziale rottura.
Chiamato “parametro di instabilità del flutter” (FIP), la nuova metrica prevedeva il futuro aneurisma aortico con una precisione media del 98% tre anni dopo la prima misurazione della FIP. Per calcolare una FIP personalizzata, i pazienti necessitano solo di una singola scansione di risonanza magnetica (MRI) a flusso 4D.
Utilizzando parametri predittivi e clinicamente misurabili, i medici potrebbero prescrivere farmaci a pazienti ad alto rischio per intervenire e potenzialmente prevenire l’aneurisma aortico.
“L’aneurisma aortico comunemente definiti “killer silenzioso”; perché spesso passa inosservati finché non si verifica una dissezione o una rottura catastrofica,” ha affermato Neelesh A. Patankar della Northwestern, autore senior dello studio. “La fisica fondamentale che determina gli aneurismi è sconosciuta.”
” Di conseguenza, non esiste un protocollo clinicamente approvato per prevederli. Ora abbiamo dimostrato l’efficacia di un sistema di misurazione basato sulla fisica che aiuta a prevedere la crescita futura. Questo potrebbe essere rivoluzionario nella previsione delle patologie cardiache.”
Esperto di fluidodinamica, Patankar è professore di ingegneria meccanica alla McCormick School of Engineering della Northwestern. Ha co-condotto lo studio con il dottor Tom Zhao, specializzato in biomeccanica dei primi principi.
Un aneurisma aortico si verifica quando l’aorta (l’arteria più grande del corpo umano) si gonfia fino a diventare più di 1,5 volte la sua dimensione originale. Man mano che cresce, la parete dell’aorta si indebolisce. Alla fine, la parete diventa così debole che non riesce più a sopportare la pressione del sangue che la attraversa, causando la rottura dell’aorta. Sebbene rara, la rottura aortica è solitamente imprevedibile e quasi sempre fatale.
Diverse persone importanti sono morte a causa di aneurisma aortico, tra cui Grant Wahl, un giornalista sportivo morto improvvisamente un anno fa ai Mondiali FIFA 2022 Tazza. Tra le altre morti di celebrità figurano John Ritter, Lucille Ball e Albert Einstein.
“La maggior parte delle persone non si rende conto di avere un aneurisma aortico a meno che non venga rilevato accidentalmente quando riceve una scansione per un problema non correlato,” Ha detto Patankar. “Se i medici lo rilevano, possono suggerire cambiamenti nello stile di vita o prescrivere farmaci per abbassare la pressione sanguigna, la frequenza cardiaca e il colesterolo. Se non viene rilevato, può rompersi, il che è un evento catastrofico immediato.”
“Se si rompe quando la persona è fuori dall’ospedale, il tasso di mortalità è vicino al 100%” Zhao ha aggiunto. “L’afflusso di sangue al corpo si interrompe, quindi organi critici come il cervello non possono più funzionare.”
Per l’attuale standard di cura, i medici stimano la possibilità di rottura in base a fattori di rischio (come età o storia di fumo) e alla dimensione del l’aorta. Per monitorare un’aorta in crescita, i medici la seguono con regolari scansioni di immagini. Se l’aorta inizia a crescere troppo rapidamente o diventa troppo grande, il paziente spesso verrà sottoposto a un innesto chirurgico per rinforzare la parete del vaso, una procedura invasiva che comporta i propri rischi.
“La nostra mancanza di comprensione collettiva rende difficile monitorare la progressione dell’aneurisma aortico,” ha spiegato Zhao. “I medici devono monitorare regolarmente le dimensioni di un aneurisma mediante l’imaging della sua posizione ogni uno o cinque anni, a seconda della velocità con cui è cresciuto in precedenza e se il paziente ha qualche malattia associata.” Oltre a questo “aspetta e vedrai” periodo, un aneurisma può scoppiare fatalmente.”
Per eliminare le congetture dalla previsione di futuri aneurismi, Patankar, Zhao e i loro collaboratori hanno cercato di catturare la fisica fondamentale alla base del problema. Attraverso approfonditi lavori matematici e analisi, hanno scoperto che i problemi sorgono quando la parete vascolare fluttuante passa da stabile a instabile. Questa instabilità provoca o segnala un aneurisma.
“L’oscillazione è una firma meccanica della crescita futura”, affermava. Ha detto Patankar.
Per quantificare la transizione dalla stabilità all’instabilità, i ricercatori hanno combinato la pressione sanguigna, le dimensioni dell’aorta, la rigidità della parete aortica, lo sforzo di taglio sulla parete e la frequenza cardiaca. Il numero risultante (o FIP) caratterizza l’esatta interazione tra pressione sanguigna e rigidità della parete che alla fine innesca l’instabilità svolazzante.
“I medici sapevano che questi fattori (pressione sanguigna, frequenza del battito cardiaco e dimensioni dell’aorta) erano coinvolti, ma non sapevano come quantificarli”, ha spiegato. Ha detto Patankar. “Si scopre che la combinazione dei fattori è ciò che è importante. Un paziente potrebbe avere una parete instabile ma un’aorta di dimensioni normali, quindi il suo medico non si accorgerebbe nemmeno che c’era un problema.”
Sorprendentemente, i ricercatori hanno scoperto che l’instabilità tende a verificarsi quando il muro è più flessibile. Questa scoperta contraddice direttamente la conoscenza comune secondo cui la rigidità aortica è un segno di aneurisma aortico.
“Abbiamo dimostrato che meno è rigido, più il paziente è a rischio di crescita e rottura futura,” Zhao ha detto. “Questo perché una volta che l’aorta raggiunge una certa dimensione, il corpo cerca di irrigidirla per proteggerla apparentemente dalla crescita futura.” Ma quelli che stanno ancora crescendo sono meno rigidi. L’aorta svolazzerà se la parete è più cedevole.”
Per testare la nuova metrica, i ricercatori hanno esaminato i dati MRI del flusso 4D di 117 pazienti sottoposti a imaging cardiaco per monitorare le malattie cardiache e di 100 volontari sani. Sulla base di questa risonanza magnetica, i ricercatori hanno assegnato a ciascun paziente una FIP personalizzata. In questa metrica, lo zero segna la soglia tra stabile e instabile.
Per i pazienti con una FIP inferiore a zero, era improbabile che la loro aorta presentasse una crescita anormale. I ricercatori hanno previsto che i pazienti con una FIP superiore a zero, tuttavia, avrebbero sperimentato una crescita anormale e una futura rottura con conseguente aneurisma aortico.
“Stabilendo il valore prognostico di questo parametro quantitativo per la risonanza magnetica a flusso 4D cardiovascolare, possiamo migliorare significativamente il valore dell’imaging offerto come standard di cura per i pazienti con aneurisma aortico” ha affermato il dottor Ethan Johnson, co-primo autore dello studio e ricercatore post-dottorato in imaging cardiovascolare presso la Feinberg School of Medicine della Northwestern University.
Quando i ricercatori hanno confrontato queste previsioni con le risonanze magnetiche di follow-up o le diagnosi dei medici, hanno scoperto che le loro previsioni erano accurate nel 98% dei casi. Sebbene la FIP prevedesse la crescita futura in media tre anni dopo la risonanza magnetica iniziale (quando è stata calcolata la FIP), i ricercatori affermano che questa metrica potrebbe anche offrire una visione più granulare della salute del cuore su base giornaliera o mensile.
“Il periodo da uno a otto anni è l’intervallo di tempo in cui si collocano i nostri dati clinici,” Zhao ha detto. “Non l’intervallo di tempo totale in cui la FIP è necessariamente efficace.”
Successivamente, Patankar, Zhao e il loro team intendono esplorare se la FIP può fornire indizi su come si sviluppano altre patologie cardiache. Stanno anche studiando se la FIP paziente-specifica può indicare quali metodi di prevenzione sono più efficaci per arrestare la progressione dell’aneurisma aortico.
Si puo’ gia’ usare anche in Italia il metodo per scoprire la presenza di un aneurisma? Che esami si possono richiedere al medico? Tanti miei antenati sono morti per problemi cardiaci tra cui aneurisma. Inviatemi i dovuti aggiornamenti, se potete. Grazie. Claudio Beppe, 70enne.