IIT Madras sviluppa un dispositivo delle dimensioni di un tablet per misurare la rigidità dei muscoli cardiaci molto prima di vedere i sintomi delle malattie cardiache

Il tuo cuore è più vecchio di te? I ricercatori dell'IIT Madras hanno sviluppato un test di facile utilizzo per determinare l'età vascolare e il rischio di malattie cardiache in futuro. Chiamato Artsens, un dispositivo delle dimensioni di un tablet è in grado di rilevare la rigidità delle arterie e la pressione sanguigna nel vaso principale chiamato carotide per determinare la salute del cuore.

I medici di solito guardano i marcatori, come la pressione sanguigna e il sangue livelli di zucchero, per stimare la salute del cuore. Artsens esamina invece la proprietà materiale dei vasi sanguigni: i cambiamenti proteici e cellulari rendono i vasi più rigidi con l'età. Questa perdita di elasticità è accelerata nelle persone con una storia familiare o nei fumatori predisposti alle malattie cardiache.

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Il dottor Jayaraj Joseph, assistente professore presso il dipartimento di ingegneria elettrica dell'IIT Madras, spiega: “Il cuore pompa il sangue in un flusso pulsante e l'elasticità dei vasi riduce questa pulsazione nel momento in cui il sangue raggiunge le cellule. A livello cellulare, vuoi un flusso sanguigno costante, quindi la perdita di questa elasticità è un problema. L'aumento della rigidità dei vasi è un predittore stabilito di malattie cardiache. Dice che un dispositivo di screening rileva questi cambiamenti molto prima dei cambiamenti nei marcatori del sangue.

Perché questo cambia la vita? Il dottor Joseph spiega come “a differenza di un blocco cardiaco o di una stenosi, che possono essere rimossi solo chirurgicamente, la rigidità arteriosa può essere invertita con cambiamenti dello stile di vita o attraverso farmaci vasoprotettivi. E i cambiamenti possono essere visti in pochi giorni. Questo apre un'applicazione più commerciale di Artsens. Anche un centro fitness che può utilizzarlo per monitorare i miglioramenti con un particolare regime di fitness.

Come funziona il dispositivo? Il dispositivo simile a un tablet è collegato a due polsini, simili a quelli che si trovano nella normale macchina BP, pensati per il braccio e la gamba di una persona mentre si sdraia. Un'altra sonda collegata al dispositivo può effettuare misurazioni dall'arteria carotide nel collo. La rigidità delle arterie viene misurata in due modi: uno misurando lo stress e la tensione sull'arteria carotide e il secondo misurando la velocità della pulsazione del sangue a livello della carotide e dell'arteria femorale nella coscia.

L'elasticità di qualsiasi materiale è la proporzione di sollecitazione e deformazione che può essere applicata su di esso. “Ora, se il materiale è fuori dal corpo, posso facilmente misurarne l'elasticità. Ma il bello dei vasi sanguigni è che sono comunque sotto stress continuo a causa del pompaggio del sangue. Il dispositivo misura il diametro dell'arteria carotide mentre si espande e si contrae per calcolare lo stress, la tensione e la pressione sanguigna per arrivare a un'idea di elasticità”, afferma il dott. Joseph.

L'arteria carotide viene utilizzata perché è un ramo diretto dell'aorta e il più vicino possibile al cuore senza eco. È accessibile e fornisce sangue al cervello. Il dott. Joseph afferma che la misurazione dell'arteria carotide potrebbe in futuro essere utilizzata come predittore di malattie cerebrovascolari come l'ictus. “Al momento non l'abbiamo fatto, ma sarà un'applicazione importante in futuro”, aggiunge.

Questo è anche il punto in cui risiede l'innovazione principale del team. La sonda utilizza un'onda ultrasonica molto sottile e acuta – un puntatore laser del suono – che penetra all'interno del corpo e viene riflessa da varie strutture. Le onde sonore riflesse vengono solitamente utilizzate per ricreare un'immagine nelle macchine ad ultrasuoni. Ma la macchina IIT è priva di immagini per ridurre le competenze e i costi necessari per gestirla. “Il suono viene riflesso dalle arterie, dalle vene e da altre strutture presenti, ma poiché non esiste alcuna immagine, il nostro algoritmo fa in modo di rifiutare tutti gli altri riflessi indesiderati e di prendere gli echi provenienti solo dalla carotide. È qui che è confluito gran parte del nostro impegno. Non è facile fare a meno di un'immagine e questo è il nostro punto di forza”, afferma il dott. Joseph.

L'altro modo in cui il dispositivo misura la rigidità dei vasi è calcolando la velocità dell'onda del polso. Il dottor Joseph spiega: “Ogni volta che il tuo cuore batte, pompa un piccolo volume di sangue. Questo sangue crea un impulso che si muove lungo le arterie, proprio come in un tubo da giardino quando l'acqua viene aperta e chiusa. La velocità con cui si muove questo impulso è nota come velocità dell'onda del polso. Più rigide sono le navi, più velocemente si propaga l'onda. Le migliori stime vengono dalla misurazione proprio all'aorta. Ma ciò richiede una macchina per l'eco, che è troppo difficile.”

Invece, il dispositivo utilizza la misurazione dall'arteria carotide e dall'aorta addominale che va agli arti attraverso l'addome. Con la misurazione della pressione anche in questi vasi critici, il dispositivo può anche stimare la pressione sanguigna centrale, la pressione sanguigna vicino alla camera di pompaggio principale del ventricolo sinistro del cuore.

“Nella pratica clinica, misuriamo la PA nell'arteria brachiale del braccio. L'unico motivo per cui utilizziamo questa misura è la comodità di misurarla. Ma la misura importante è la pressione contro la principale camera di pompaggio del cuore chiamata ventricolo sinistro. Se la camera deve pompare contro un carico elevato, il cuore sarà in difficoltà. Quindi, idealmente, dovresti misurare il più vicino possibile al cuore e questo sarà molto diverso dalla pressione brachiale”, afferma il dott. Joseph.

Il dispositivo è già stato testato su più di 5.000 persone in India, Stati Uniti e Regno Unito. Ha già cinque brevetti di utilità, 10 brevetti di design e attende l'assegnazione di 28 brevetti negli Stati Uniti, nell'Unione Europea e in India.

Oltre a misurare l'invecchiamento vascolare, i ricercatori stessi stanno scoprendo altri usi per il dispositivo. “Finora non esisteva un unico dispositivo per fornire tutte queste misurazioni, quindi una volta sviluppato, i medici hanno trovato anche altri usi. Ora stiamo studiando modi in cui la macchina può essere utilizzata per stimare la tossicità vascolare delle terapie antitumorali o per prevedere la pre-eclampsia nelle donne in gravidanza”, afferma il dott. Joseph.