Analisi di alcune tecniche di tromboendoarteriectomia (teac) carotidea attraverso un approccio di tipo interazione fluido-struttura (FSI)

Capitolo 1 Aterosclerosi: patologia e diagnostica
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1.1 Struttura dell’arteria e sua trasformazione durante la crescita.
La descrizione di seguito si riferisce al comportamento passivo delle arterie in vitro [1];
dunque effetti in vivo, quale il vasa vasorum (apporto di nutrimento della parete delle arterie
da parte di piccoli vasi), il controllo nervoso, il controllo umorale, il tessuto connettivo
perivascolare, ecc. e la presenza degli organi vicini quali cuore, reni, ecc. non vengono
considerati. In generale, le arterie si suddividono approssimativamente in due tipi: elastiche e
muscolari. Le arterie elastiche hanno diametri relativamente grandi e sono situate vicino al
cuore (per esempio, l'aorta, le arterie carotidee, iliache), mentre le arterie muscolari sono di
medio calibro e sono situate alla periferia (per esempio, arterie femorali, celiache, cerebrali).
Tuttavia esistono alcune arterie che presentano caratteristiche morfologiche di entrambi i tipi.
La struttura microscopica delle pareti arteriose è costituita da tre strati distinti: intima, media
e avventizia.




Figura 1.1-1 . Modello dei componenti di un’arteria giovane sana, composta da tre strati: Intima (I),
Media (M) e Adventitia (A).


L’ intima è lo strato più interno e più sottile della parete arteriosa, e a livello della carotide ha
uno spessore di circa 0,1 mm, come dimostrato da diverse analisi istologiche. È costituita da
un singolo strato di cellule endoteliali allineate e strettamente giustapposte, che poggiano su
una membrana basale sottile (lamina basale), inoltre è presente uno strato subendoteliale, il
cui spessore varia a seconda della topografia, dell’età e della malattia. Nelle arterie muscolari
giovani sane, lo strato subendoteliale è quasi inesistente.
In individui giovani in buona salute l’intima è molto sottile e dà un contributo insignificante
alle proprietà meccaniche della parete arteriosa. Tuttavia essa si ispessisce e si irrigidisce con
l’avanzare dell’età, in modo che il contributo meccanico possa divenire significativo.
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È noto che le mutazioni patologiche dei componenti intimali possono essere collegate con
l’aterosclerosi, la malattia più comune delle pareti arteriose, nel corso della quale si realizza
un deposito di sostanze grasse, calcio, fibre di collagene, residui cellulari e fibrina (proteina
implicata nella coagulazione del sangue), proprio a livello subendoteliale.
La media è lo strato centrale della parete dell'arteria e consiste in una complessa rete
tridimensionale di cellule di muscolo liscio, fibrille di collagene e di elastina.
La disposizione delle lamine elastiche divide la media in un numero variabile di strati mediali
concentrici a fibra rinforzata ben definiti. Il numero di lamine elastiche diminuisce verso la
periferia dell’albero arterioso (parallelamente alla diminuzione del calibro dei vasi) fino a
essere appena presenti nelle arterie muscolari.
La media è separata dall’intima e dall’avventizia rispettivamente dalla lamina elastica interna
e dalla lamina elastica esterna (assente nei vasi sanguigni cerebrali), rispettivamente. Nelle
arterie muscolari queste lamine costituiscono le strutture principali, mentre nelle arterie
elastiche sono appena distinguibili dalle lamine elastiche normali. Rappresenta lo stato più
corposo dell’intera arteria e, per quanto riguarda la carotide, è spessa circa 0,33 mm.
La struttura della media varia in funzione della posizione del vaso nell’albero arterioso: nelle
arterie di grosso calibro la media risulta prevalentemente elastica, mentre nelle arterie di
medio e piccolo calibro risulta prevalentemente muscolare.












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Figura 1.1-2 . A questo ingrandimento si vedono bene i vari strati che compongono la parete dell'arteria,
nella figura sono ben indicati. Si nota l'avventizia formata da tralci di fibre collagene e la media molto più
densa formata da cellule muscolari lisce [2].
(Microscopia Elettronica a Scansione 1200x)
La disposizione strutturale delle fibre dà alla media alta resistenza, resilienza e capacità di
resistere a carichi sia in senso longitudinale che circonferenziale [2].Essendo la media lo
strato più significativo dal punto di vista meccanico, è necessario considerare le modificazioni
patologiche che si realizzano a suo carico, in seguito al processo di aterosclerosi.
L’avventizia rappresenta lo strato più esterno della parete arteriosa ed è costituita da tessuto
connettivo fibroso, ricco in fibre collagene ed elastiche, che si organizzano in tralci e
assumono un orientamento elicoidale per rafforzare la parete, contribuendo, dunque, in modo
significativo alla sua stabilità e resistenza. Il suo spessore è circa 1/5 del totale (0,2 mm), ma
varia anche in funzione del tipo di arteria (elastica o muscolare).
L’avventizia è molto meno rigida della media nella configurazione carico-libera (cioè in
assenza di allungamento in vivo) e alle basse pressioni, poiché le fibre di collagene si trovano
allentate; a livelli elevati di pressione, invece, le fibre di collagene si distendono e la
avventizia diventa più rigida, impedendo all'arteria di allargarsi troppo e rompersi (effetto
dell’irrigidimento per grandi deformazioni).
L’analisi istologica rileva che l’avventizia non è interessata da alterazioni patologiche dovute
alla aterosclerosi, mantenendo inalterata la propria risposta meccanica.
Durante la crescita dell’individuo le proprietà dei singoli strati si modificano e tali variazioni
implicano anche un comportamento meccanico diverso.
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L’intima è lo strato che maggiormente risente dei carichi fisiologici, infatti fin dalla nascita e
in tutti i soggetti va incontro ad un graduale ispessimento, raggiungendo nell’età adulta un
valore anche doppio rispetto a quello iniziale.




Figura 1.1-3 . Caratteristica doppia linea visibile sulla parete distale della carotide comune su immagini
B-mode. Lo spessore della parete è indicato dalle due frecce [3].


Ciò è essenzialmente dovuto alla proliferazione di cellule muscolari lisce che a partire dalla
media, attraversando la lamina elastica interna, migrano nell’intima, aumentando lo spessore
del complesso medio-intimale. Insieme alla proliferazione delle cellule di muscolo liscio, si
osserva anche uno spiccato incremento di collagene e di fibre elastiche; tale fenomeno
comincia ad attenuarsi fino a scomparire intorno ai 50 – 60 anni di età. Ne consegue,
raggiunta tale età, che l’arteria presenta, anche nel soggetto sano, una notevole riduzione del
lume a disposizione per la circolazione del sangue e soprattutto perde gran parte della sua
elasticità.
Argomento molto discusso è il valore di questo ispessimento come indice predittivo della
progressione della malattia aterosclerotica. Mentre i primi lavori hanno confermato
un’indiscussa correlazione tra IMT (Intimal-media thickening, ispessimento medio-intimale)
e aterosclerosi, le ricerche successive hanno smentito, evidenziando una relazione
statisticamente più significativa con cardiopatie ischemiche e comunque con malattie già in
atto [3], riconoscendo all’IMT un valore di predittività di infarto o ictus non superiore al 10%
15%.
Significativa sembra invece la correlazione dell’IMT con fattori infiammatori o aterogeni,
soprattutto con quelli “fisici”, come età, ipertensione e velocità di propagazione dell’onda di
polso. Le differenze di incidenza di IMT fra i due sessi possono essere spiegate con la
correlazione tra ispessimento e distribuzione del grasso [4], mentre l’alterazione del
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complesso intima-media riscontrato nei bambini ipertesi fa pensare che il fattore pressione
arteriosa risulti determinante.
La maggior parte degli studi ha evidenziato differenze dello spessore del complesso intima-
media fra le due carotidi comuni, con un ispessimento maggiore della sinistra, anche se lo
studio di Macioch [5] dimostra un comportamento opposto nella parete anteriore, indagata
con l’ausilio del mezzo di contrasto ecografico. Questo dato non può essere messo in
correlazione con i diversi fattori di rischio sistemico, ma può essere imputato ad alterazioni
emodinamiche locali.




1.2 Aterosclerosi. Definizione di stenosi critica.


L’aterosclerosi,dalgrecoatére (sostanza pastosa) e sclerosis (indurimento), è un processo
degenerativo che si sviluppa a carico della parete delle arterie di grosso e medio calibro a
partire da un danno a livello dell’endotelio, cioè di quella membrana, costituita da cellule
appiattite pavimentose, che riveste la superficie interna dei vasi. La modifica avviene, in un
primo tempo, a causa della deposizione a livello subendoteliale di colesterolo e sali di calcio,
e successivamente ad opera della proliferazione di alcune particolari cellule (macrofagi,
cellule connettivali e fibroblasti). L’accumulo sulla parete vasale prende il nome di placca
aterosclerotica, costituita, quindi, da un nucleo centrale di colesterolo e
+2
Ca e un cappuccio
fibroso.
Tale formazione comporta un ispessimento della parete e quindi un restringimento del lume
del vaso, con conseguente aumento della resistenza incontrata dal flusso sanguigno e dunque
del lavoro cardiaco(fig. 1.2-1).




Figura 1.2-1 . La placca aterosclerotica in sezione trasversale e longitudinale.
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La stenosi e il conseguente ridotto flusso sanguigno causano inoltre un’ipoperfusione dei
tessuti fino all’ischemia, cioè la morte del tessuto dovuta della carenza di ossigeno e di
nutrienti. I principali fattori di rischio predisponenti all’aterogenesi(cioè alla formazione delle
placche aterosclerotiche) sono:
- Ipercolesterolemia;
- ipertensione arteriosa;
- fumo di sigaretta;
-diabete
oltre a fattori costituzionali, e dunque non modificabili, quali familiarità e sesso maschile.
L'aterosclerosi non deve essere confusa con l'aumento di rigidità dei vasi arteriosi, che
accompagna abitualmente l'invecchiamento fisiologico dell'organismo, e viene definita
arteriosclerosi; quest’ultima ha minori conseguenze patologiche.
Le placche aterosclerotiche, in base alla composizione, possono essere suddivise in:
− placche lipidiche: costituite, per la maggior parte, da cristalli di colesterolo e aventi,
quindi, una bassa rigidezza;
− placche fibrose: prevale la componente fibrosa del cappuccio;
− placche calcifiche: dovute all’invecchiamento delle pareti del vaso sanguigno o
prodotte dalla degenerazione di placche lipidiche. Sono costituite da una elevata
percentuale di calcio, che le rende dure e fragili. La placca, che interessa lo strato più
interno dell’arteria, può assumere varie forme. Può nascere in un punto e crescere di
dimensioni, oppure svilupparsi circonferenzialmente interessando l’intera parete del
vaso; si parlerà quindi di placche eccentriche o simmetriche. Un esempio della crescita
della placca è visibile in figura 1.2.2.

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Figura 1.2-2 . Nascita e crescita di placca aterosclerotica. Si può notare la possibilità di rottura e
l’insorgere di potenziali trombogeni.


Malgrado le conseguenze si manifestino in età avanzata, gli studi dimostrano che questo
processo avrebbe inizio nella prima giovinezza, o addirittura nell'infanzia. Via via che i
depositi di colesterolo lungo le pareti dell'arteria aumentano e il restringimento del lume
supera un certo livello, il passaggio del sangue si fa difficoltoso e la nutrizione dei tessuti a
valle di questo punto risulta compromessa: si parla in tal caso di stenosi emodinamicamente
significativa. A seconda dei vasi interessati, si possono verificare sintomi diversi, come
angina pectoris(coronarie), ipertensione, funzionalità cerebrale ridotta (carotide), dolori agli
arti inferiori(arteria femorale) e insufficienza renale(arteria renale).
Le placche aterosclerotiche carotidee si sviluppano prevalentemente nella carotide interna,
entro 2-3 centimetri dalla biforcazione. Non sembrano influire su questa posizione i fattori di
tipo razziale e sessuale.
La malattia carotidea sintomatica è associata allo sviluppo di modificazioni infiammatorie e
degenerative della placca fibrosa. Le complicazioni della placca fibrosa che esitano in
importanti sequele di tipo clinico sono:
- l’ulcerazione;
- l’emorragia intraplacca;