Ricerca

Modellazione Fisica E Matematica Del Tratto Urinario Inferiore

Riferimenti:

Project Manager: Ing. Lorenzo Lotti

Posizione: Assegnista di Ricerca

Email: lorenzol@dicea.unifi.it

Obiettivi del progetto di ricerca:

Le indagini urodinamiche sono metodi altamente specializzati e sofisticati ai fini della definizione del carattere funzionale del tratto urinario inferiore; esse, oltre ad altre condizioni, sono attualmente utilizzate per determinare l'attività del muscolo detrusore, per valutare una disfunzione nello svuotamento, o per monitorare la progressione di una malattia o l’efficacia di una terapia. In caso di eventuale diagnosi di ostruzione vescicale le principali indagini includono l’uroflussometria e lo studio pressione/flusso. I classici nomogrammi di Griffith (1980) o Schäfer (1990), utilizzati per interpretare le misurazioni urodinamiche, sono essenzialmente derivati su base empirica. Purtroppo, vi sono poche misure non invasive sul comportamento meccanico del tratto urinario inferiore, e questo perché la struttura del sistema uretra-vescica e la sua relazione con gli organi adiacenti rendono il suo comportamento meccanico piuttosto complicato.

Il concetto di base scaturisce dal considerare l’apparato urinario assimilabile ad un sistema idraulico costituito da un serbatoio di alimentazione in pressione (vescica) e da un condotto elastico collassabile di uscita (uretra) il cui comportamento fisico è governato dalle leggi della meccanica dei fluidi. Partendo dalla conoscenza delle grandezze fisiche misurabili all’esterno del condotto uretrale è possibile risalire alla quantificazione della pressione esistente nel serbatoio di alimentazione (vescica).

Attività sperimentale:

Al fine di migliorare la comprensione fisica del basso apparato urinario, è stato progettato e realizzato un modello fisico per studiare le principali relazioni tra le variabili idrodinamiche. Nonostante la struttura semplificata, il modello è in grado di simulare correttamente i principali processi fisici all'interno del tratto urinario inferiore: la resistenza al moto delle pareti dell'uretra, la loro deformabilità al variare della pressione intramurale, la presenza di ostruzioni localizzate o distribuite.

Set-up di laboratorio:

Il modello fisico, predisposto all’interno del Laboratorio di Biofluidodinamica del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell'Università di Firenze, è costituito da un serbatoio cilindrico (che rappresenta la vescica) di altezza 2 m con un foro di scarico sul fondo collegato a un tubo elastico collassabile di lattice (uretra) tipo drenaggio Penrose di lunghezza 20 cm e diametro interno a riposo 6 mm. La compressione elastica sull’uretra dovuta agli organi interni è stata simulata posizionando il tubo elastico tra due blocchi di gommapiuma di dimensione 30x20x5 cm3 soggetti a compressione da carichi variabili.

Sono state effettuate varie tipologie di prove. È stato analizzato il comportamento idraulico del sistema durante lo svuotamento del serbatoio, sia con il tubo elastico “libero” sia in presenza di ostruzioni; altre prove sono state invece dedicate all’analisi del comportamento elastico del tubo di lattice al variare del livello del serbatoio in condizioni statiche e in condizioni dinamiche.