Modello matematico delle modifiche cardiocircolatorie in gravidanza : analisi della gravidanza fisiologica e ipotesi sulla risposta di pazienti univentricolari

Over the last decades, advances in surgical care of congenital heart defects (CHD) have led to the survival till adulthood of approximately 85% of children born with cardiomyopathies, as well as the improvement of their living conditions. Consequently, reaching adulthood, a growing number of women with cardiac malformations wish to become pregnant. While some clinical studies predict pregnancy risks for patients with cardiomyopathies, data remain scarce especially for certain types of CHD, including univentricular (single-ventricle) diseases, surgically treated by Fontan procedure. The objective of Fontan technique is to change the connection between the systemic and pulmonary circulation from the physiological parallel to a series, bypassing the hypoplastic ventricle. Cardiovascular changes induced by pregnancy (like increased blood volume, cardiac output, heart rate and myocardial mass combine with decreased systemic and pulmonary vascular resistances) represent a great challenge for patient with Fontan circulation. Therefore, the purpose of the present work is to study the cardiovascular changes that occur during physiological pregnancy, and to analyse the hypothetical scenarios in pregnant single-ventricle patients. In order to chase this aim, a lumped parameters model (LPM) of the cardiovascular system of a healthy adult woman was designed and validated to simulate pregnancy trimesters. In the meantime, two patient-specific LPMs of the Fontan circulation were realised to investigate the pregnancy response of the models. It was supposed that physiological pregnancy changes occur entirely or partially. From the simulations performed in this study, it can be gathered that the carefully detailed lumped parameters model could reasonably replicate the important cardiovascular changes related to the physiological pregnancy. The lack of detailed information about real changes that occur during pregnancy in Fontan patients led to speculate the response of these subjects to great cardiovascular modifications. For both the simulated scenarios, the results fell within the literature range for physiological pregnancy.

Negli ultimi decenni i progressi nel trattamento chirurgico dei difetti cardiaci congeniti (CHD) hanno portato ad un aumento della sopravvivenza fino all’età adulta di circa l’85% dei bambini nati con cardiomiopatie, nonché ad un miglioramento delle loro condizioni di vita. Di conseguenza, raggiungendo l’età adulta, un numero sempre crescente di donne affette da malformazioni cardiache inizia a desiderare una gravidanza. Nonostante in letteratura siano presenti studi clinici utili a prevedere i rischi associati alla gestazione in pazienti affette da cardiomiopatie, i dati rimangono pochi soprattutto per alcuni tipi di CHD, tra cui malattie di tipo univentricolari (single-ventricle), trattate chirurgicamente attraverso la procedura Fontan. Questa prevede di bypassare il ventricolo non funzionante modificando la connessione tra circolo sistemico e circolo polmonare, che, dalla configurazione in parallelo tipica dell’anatomia fisiologica, passa ad assumere una configurazione in serie. I cambiamenti cardiocircolatori caratteristici della gravidanza, in termini di aumento di volemia, gittata cardiaca, frequenza cardiaca e massa miocardica, uniti alla diminuzione delle resistenze vascolari sistemiche e polmonari, comportano una grande sfida per le pazienti con una circolazione Fontan. Gli obiettivi principali di questo lavoro di tesi sono stati, quindi, lo studio dei cambiamenti cardiocircolatori che caratterizzano una gravidanza fisiologica, e l’analisi di ipotetici scenari in pazienti univentricolari gravide. A tale scopo, è stato messo a punto un modello a parametri concentrati (LPM) del sistema cardiocircolatorio di una donna adulta sana, validato per poter simulare i tre trimestri della gravidanza. Parallelamente, si sono realizzati due LPM patient-specific di donne con circolazione Fontan per indagare sulla risposta di questi modelli alla gravidanza, ipotizzando che si realizzino tutti i cambiamenti che interessano una gestazione fisiologica, o che avvengano solo in parte. Dalle simulazioni condotte in questo studio, si può concludere che il modello a parametri concentrati opportunamente dettagliato è in grado di riprodurre adeguatamente i grandi cambiamenti cardiocircolatori che caratterizzano la gravidanza fisiologica. L’assenza di informazioni dettagliate sui reali cambiamenti che interessano i pazienti con circolazione Fontan in gravidanza, ha portato allo sviluppo di due ipotesi per indagare sulla risposta di questi soggetti a grandi modifiche cardiocircolatorie. Entrambi gli scenari simulati hanno prodotto risultati compresi nei range riscontrati in letteratura per la gravidanza fisiologica.