Mathematical model for long term blood pressure regulation

The blood pressure is the force in the body which guarantees the perfusion of all tissues in every moment of the day, rest and activity. It is fundamental for a healthy and normal life. The mean value of arterial pressure is around 98 mmHg, and it varies slightly during the day according to the surrounding conditions. An unstable value of the mean arterial pressure in the long-term time is due to huge damages of whole body, especially heart, arteries and kidneys. Indeed, keep it under control represents a good way to prevent serious future problems. In this master thesis a simple mathematical model is developed in Simulink (software integrated with Matlab), which better reproduces how the human body acts in case of unstable blood pressure values in the long-term. First of all the di fferent mechanisms of pressure regulation in time have been studied. Since the goal of the thesis is related to the long-term time pressure regulation, the two most important approaches have been deeply analyzed in order to understand which one better fits the specifi cations of the work. Then the pressure regulatory model has been integrated to the heart model, already developed at Department of Biomedical Engineering of Eindhoven University of Technology (TU/e), so that the new nal model is reliable and feasible. In future, it will be applied to a test bench in laboratory for several experiments to show how any changes of the properties of the heart or any changes of the inputs can influence the blood pressure in the long-term time. The main feature of this model is related to the blood volume control as characteristic term of the considered pressure control mechanisms. This present thesis is provided of computational tests, but it is supposed to be an useful model for future experiments in laboratory.

La pressione arteriosa è la forza che nel corpo umano garantisce la perfusione di sangue in tutti i suoi dipartimenti in ogni momento della giornata, sia durante le fasi di riposo che di attivit a. E' il fattore fondamentale per una vita normale ed in salute. Il valore medio della pressione arteriosa è all'incirca 98 mmHg, e varia fisiologicamente molto poco durante il giorno in relazione alle condizioni circontastanti. Nel lungo termine un valore instabile di pressione arteriosa media e causa di gravi danni all'intero corpo umano, in particolar modo al cuore, alle arterie e ai reni. Infatti, tenere la pressione arteriosa sotto controllo rappresenta un buon modo per prevenire seri problemi futuri. Nel presente lavoro di tesi magistrale è stato sviluppato un semplice modello matematico in Simulink (un software integrato in Matlab), che riproduce nella maniera più verosimile come il corpo umano agisce in caso di valori di pressione arteriosa instabile nel lungo termine. Inizialmente sono stati studiati tutti i diversi meccanismi di regolazione temporale della pressione; dato che l'obiettivo della tesi è relativo alla regolazione della pressione nel lungo termine, i due pi u importanti meccanismi regolatori sono stati approfonditi cosi da capire quale fosse l'approccio che soddisfi appieno le specifiche del progetto. In seguito il modello matematico di controllo della pressione é stato integrato con il modello del cuore, già sviluppato presso il dipartimento di Ingegneria Biomedica dell' università "Eindhoven University of Technology", così che il modello finale risulti a ffidabile e riproducibile. In futuro, questo modello sarà applicato ad un banco prova in laboratorio per vari esperimenti che dimostrino come alcune modifiche delle proprietà del cuore o modifiche dei diversi parametri in ingresso possano influenzare la pressione sanguigna nel lungo termine. La principale caratteristica del modello si basa sul controllo del volume di sangue come prerequisito del meccanismo scelto per la regolazione della pressione. Questo lavoro di tesi magistrale sfrutta esperimenti computazionali, ma si prevede che il modello proposto sia utilizzabile per esperimenti futuri in laboratorio.