STUDY OF THE BIOMECHANICS OF SURGICAL AORTIC VALVES - A MERGED MEDICAL AND BIOENGEENIRING VIEW

New devices and therapeutic approaches, for the treatment of cardiac valve diseases, have been put forward in the last decade. These technological advancements have completely changed the landscape of the cardiovascular discipline providing new therapeutic opportunities to patients. Regrettably, many functional aspects of the devices used in patients are still neglected by the physicians that use them. Indeed, there is a tendency to privilege the technical aspects directly related to the surgical implant, neglecting the specific structural and functional characteristics of the devices themselves. This attitude has generated a knowledge gap between the technological content of the materials used and physicians, while a better knowledge would allow to exploit the devices at best with positive consequences for patients. To bridge this gap, a research project with the bioengineering approach is a starting point. By setting up experimental studies, on the base of the formulated hypotheses, indeed it is possible to comprehend the main factors which govern the biomechanical behaviours of implanted valves as well as their impact on the local aortic root fluid dynamics. Once this gap is bridged, physicians may adopt the new available therapeutic strategies with more discernment. The variable considered as crucial to improve patient survival, in the context of the treatment of aortic valve pathology, is the fluid dynamic performance of the implanted device. Thus, we focused on the fluid dynamics implanted valves. The results has showed that the fluid dynamics of a bioprosthesis depended upon many factors, such as prosthesis design and materials, anatomical and physiological context in which it is implanted, as well as the surgical strategy adopted for the implant. Albeit the structural features of bioprostheses, from different manufactures, are often substantial (i.e. valve design and material adopted), the biomechanical differences are sometime subtle. Besides, the presence of a bioprosthesis inside the native aortic root may hamper the coronary flow with potential ominous for the patients. Thun an in-depth knowledge of each device characteristics should allow them to be exploited at best in order to provide a more patient tailored.

Nuovi dispositivi e approcci terapeutici, per il trattamento delle malattie della valvola aortica, sono stati proposti nell'ultimo decennio. Questi progressi tecnologici hanno completamente cambiato il panorama della disciplina cardiovascolare fornendo nuove opportunità terapeutiche ai pazienti. Purtroppo, molti degli aspetti funzionali dei dispositivi utilizzati nei pazienti sono ancora trascurati dai medici che li usano. Infatti, vi è la tendenza a privilegiare gli aspetti tecnici direttamente correlati all'impianto chirurgico, trascurando le specifiche caratteristiche strutturali e funzionali dei dispositivi stessi. Questo atteggiamento ha generato un divario di conoscenze tra il contenuto tecnologico dei materiali utilizzati e i medici, mentre una migliore conoscenza consentirebbe di sfruttare al meglio i dispositivi con conseguenze positive per i pazienti. Per colmare questa lacuna, un progetto di ricerca con l'approccio bioingegneria è un punto di partenza. Con l’ideazione di studi sperimentali, sulla base delle ipotesi formulate, è possibile comprendere i principali fattori che governano i comportamenti biomeccanici delle valvole impiantate e quindi valutare anche l’impatto sulla fluidodinamica locale della radice aortica. Una volta colmato questo gap di conoscenza, i medici possono adottare le nuove strategie terapeutiche disponibili con più discernimento. La variabile considerata cruciale per migliorare la sopravvivenza del paziente, nel contesto del trattamento della patologia della valvola aortica, è la prestazione fluidodinamica del dispositivo impiantato. Pertanto, ci siamo concentrati sulla fluidodinamica delle valvole impiantate. I risultati hanno mostrato che la fluidodinamica delle bioprotesi dipende da molti fattori, il disegno e i materiali usati per costruire la protesi, il contesto anatomico e fisiologico in cui è impiantato (cioè il paziente), così come la strategia chirurgica adottata per l'impianto. Sebbene le caratteristiche strutturali delle bioprotesi, di diversi produttori, siano spesso sostanziali (ad esempio design di valvole e materiali adottati), le differenze biomeccaniche sono talvolta sottili. Inoltre, non va dimenticato che la presenza di una bioprotesi all'interno della radice aortica nativa può ostacolare il flusso coronarico con potenziale effetto deleterio sulla salute dei pazienti. Quindi una conoscenza approfondita delle caratteristiche di ciascun dispositivo dovrebbe consentire di sfruttarli al meglio per fornire un approccio su misura più paziente.