I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato il primo sistema di misurazione basato sulla fisica per prevedere se una persona, in futuro, potrebbe soffrire o no di un aneurisma aortico, una condizione mortale che spesso non provoca sintomi finché non si rompe.
I ricercatori nel nuovo studio pubblicato nella rivista Nature Biomedical Engineering, hanno previsto una crescita aortica anormale misurando il sottile “sfarfallio” nel vaso sanguigno di un paziente, hanno scoperto che mentre il flutter stabile predice una crescita normale e naturale, il flutter instabile è altamente predittivo di una futura crescita anomala e di una potenziale rottura.
Il nuovo parametro chiamato “parametro di instabilità del flutter” (FIP), ha previsto il futuro aneurisma con una precisione media del 98% tre anni dopo la prima misurazione della FIP. I ricercatori hanno detto che per calcolare una FIP personalizzata, i pazienti necessitano solo di una singola scansione di risonanza magnetica (MRI) a flusso 4D.
I medici utilizzando la metrica predittiva e clinicamente misurabile, per intervenire e potenzialmente prevenire il rigonfiamento dell’aorta fino a dimensioni pericolose, potrebbero prescrivere farmaci a pazienti ad alto rischio.
Neelesh A. Patankar esperto di fluidodinamica, professore di ingegneria meccanica alla McCormick School of Engineering della Northwestern. Ha co-condotto lo studio con Tom Zhao, specializzato in Ingegneria Meccanica applicata, ha affermato:
«Gli aneurismi aortici vengono comunemente definiti “killer silenziosi” perché spesso non vengono rilevati fino a quando non si verifica una dissezione o una rottura catastrofica. La fisica fondamentale che guida 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, aiuta a prevedere la crescita futura, potrebbe essere rivoluzionario nella previsione delle patologie cardiache».
Crescente pericolo
Un aneurisma aortico si verifica quando l’aorta (l’arteria più grande del corpo umano) si gonfia fino a superare 1,5 volte la sua dimensione originale, man mano che cresce, la parete dell’aorta si indebolisce. La parete alla fine diventa così debole che non riesce più a sopportare la pressione del sangue che la attraversa, causando la rottura dell’aorta. La rottura aortica, sebbene rara, solitamente è imprevedibile e quasi sempre fatale.
Diverse persone di spicco sono morte a causa di un aneurisma aortico, tra cui Grant Wahl, un giornalista sportivo morto improvvisamente un anno fa durante la Coppa del Mondo FIFA 2022. Altre morti di celebrità includono John Ritter, Lucille Ball e Albert Einstein.
Neelesh A. Patankar ha affermato:
«La maggior parte delle persone non si rende conto di avere un aneurisma a meno che accidentalmente, non venga rilevato quando ricevono una scansione per un problema non correlato, 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».
Tom Zhao ha aggiunto:
«Se si rompe quando la persona è fuori dall’ospedale, il tasso di mortalità è vicino al 100%. L’afflusso di sangue al corpo si interrompe quindi organi critici come il cervello non possono più funzionare».
Eliminare le congetture
I medici per gli attuali standard di cura, stimano la possibilità di rottura in base a fattori di rischio (come età o storia di fumo) e alle dimensioni dell’aorta, per monitorare un’aorta in crescita, 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, una procedura invasiva che comporta i suoi rischi.
Tom Zhao ha affermato:
«La nostra mancanza di comprensione collettiva rende difficile monitorare la progressione dell’aneurisma. I medici devono monitorare regolarmente le dimensioni di un aneurisma eseguendo l’imaging della sua posizione ogni anno, o cinque anni, a seconda della velocità con cui è cresciuto in precedenza e se il paziente ha malattie associate. Durante questo periodo di “attesa e visione”, un aneurisma fatalmente può scoppiare».
Neelesh A. Patankar, Tom Zhao e i loro collaboratori per eliminare le congetture dalla previsione dei futuri aneurismi, hanno cercato di apprendere la fondamentale fisica 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. Neelesh A. Patankar ha affermato: «L’oscillazione è una firma meccanica della crescita futura».
Rilevare la fisica di base
I ricercatori per quantificare la transizione dalla stabilità all’instabilità, hanno combinato la pressione sanguigna, le dimensioni dell’aorta, la rigidità della parete aortica, lo stress sulla parete e la frequenza del polso. Il numero risultante (o FIP) caratterizza l’esatta interazione tra pressione sanguigna e rigidità della parete che alla fine innesca l’instabilità del flutter.
Neelesh A. Patankar ha affermato:
«I medici sapevano che questi fattori – pressione sanguigna, frequenza del battito cardiaco e dimensioni dell’aorta – erano coinvolti, ma non sapevano come quantificarli. È emerso che è importante la combinazione dei fattori, un paziente potrebbe avere una parete instabile ma un’aorta di dimensioni normali, per cui il medico non si accorgerebbe nemmeno del problema».
I ricercatori sorprendentemente hanno scoperto che l’instabilità tende a presentarsi quando la parete è più flessibile, questa scoperta contraddice direttamente le conoscenze comuni secondo cui la rigidità dell’aorta è un segno di malattia.
Tom Zhao ha affermato:
«Abbiamo dimostrato che meno è rigida, più il paziente è a rischio di crescita e rottura futura, questo perché una volta che l’aorta raggiunge una certa dimensione, il corpo cerca di irrigidirla per proteggerla apparentemente da una crescita futura, ma quelle che stanno ancora crescendo sono meno rigide, se la parete è più cedevole, l’aorta è soggetta a flutter atriale».
Convalidare la metrica
I ricercatori per testare la nuova metrica per monitorare le malattie cardiache, hanno esaminato i dati MRI del flusso 4D di 117 pazienti sottoposti a imaging cardiaco e di 100 volontari sani; sulla base di questa risonanza magnetica, hanno assegnato a ciascun paziente una FIP personalizzata, in questa metrica, lo zero segna la soglia tra stabile e instabile.
È stato evidenziato che 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.
Ethan Johnson, co-primo autore dello studio e ricercatore post-dottorato in imaging cardiovascolare presso la Feinberg School of Medicine della Northwestern University, ha affermato:
«Stabilire 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 aneurismi».
I ricercatori quando 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. La FIP sebbene prevedesse la futura crescita, 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 accurata della salute del cuore su base giornaliera o mensile.
Tom Zhao ha affermato:
«Il periodo da uno a otto anni è l’intervallo di tempo in cui si collocano i nostri dati clinici, non l’intervallo di tempo totale in cui la FIP è necessariamente efficace».
Neelesh A. Patankar, Tom Zhao e il loro team, in seguito intendono esplorare se la FIP può fornire indizi su come si sviluppano altre patologie cardiache. Inoltre, stanno studiando se la specifica FIP del paziente, possa indicare quali metodi di prevenzione siano più efficaci per arrestare la progressione dell’aneurisma.
