Thèses sur le sujet « MED/41 - ANESTESIOLOGIA »

Il mondo della simulazione, nell’ultimo decennio, ha visto specialmente in ambito medico,una nuova primavera. Grazie al fiorire di nuove tecnologie, in grado di rendere sempre più performanti I simulatori, la simulazione ha un ruolo fondamentale nell’addestramento delle figure professionali sanitarie. I simulatori definiti ad alta fedeltà, sono in grado di ricreare fedelmente la fisiopatologia umana ma con una realtà visiva e tattile non altrettanto elevate. La simulazione ad alta fedeltà viene realizzata o in ambienti ricreati ad hoc che riproducono reparti ospedaliero, oppure vengono materialmete trasportati nei reparti per simulare nel modo più fedele l’ambiente lavorativo. Tutto ciò contribuisce a far sviluppare nel personale sanitario quei meccanismi in grado di testare sia la preparazione sotto il profilo strattamente sanitario sia quello di lavoro in team. L’ambiente reale nel quale viene ricreata la simulazione ,purtroppo, viene talvolta inficiato dalla bassa realtà dal punto di vista visivo del manichino. Pur essendo ad alto contenuto tecnologico appare povero dal punto di vista “visivo e tattile”. L’utilizzo di una Mixed reality potrebbe essere una buona soluzione per ovviare al problema sopra evidenziato. Grazie a questa tecnologia si può andare ad aumentare il livello di fedeltà del manichino ricreando un maschera ad hoc umana per questo e rendendo quindi la simulazione più vicino possibile alla realtà. L’obbiettivo che si prefigge questo lavoro è di creare un software dedicato in grado di implementare la simulazione in ambito medico.
The world of simulation, in the last decade, has seen a new spring especially in the medical field. Thanks to the flourishing of new technologies, capable of making simulators ever more performing, simulation plays a fundamental role in the training of healthcare professionals. The simulators defined with high fidelity, are able to faithfully recreate human pathophysiology but with a visual and tactile reality that is not as high. The high-fidelity simulation is carried out either in ad-hoc recreated environments that reproduce hospital wards, or they are physically transported to the wards to simulate the working environment in the most faithful way. All this contributes to the development of mechanisms capable of testing both health and team work preparation in the healthcare staff. The real environment in which the simulation is recreated, unfortunately, is sometimes affected by the low reality from the visual point of view of the manikin. Despite being highly technological, it appears poor from a "visual and tactile" point of view. Using a Mixed reality show could be a good solution to remedy the problem highlighted above. Thanks to this technology it is possible to increase the level of fidelity of the manikin by recreating a human ad hoc mask for this and therefore making the simulation as close as possible to reality.  The goal of this work is to create dedicated software that can implement simulation in the medical field.

The coronavirus disease 2019 (COVID-19) was diagnosed in late December 2019 in China and then quickly worldwide evolved in a pandemic. The clinical spectrum of the disease ranges from asymptomatic conditions to the development of acute respiratory distress syndrome (ARDS) with need of intensive care unit (ICU) admission. The present manuscript focuses on three main topics. The first part is a physiologic study designed to investigate the effects of inspired oxygen fraction (FiO2) and positive end-expiratory pressure (PEEP) on gas exchange in mechanically ventilated patients with ARDS due to COVID-19. Two FiO2 (100% and 40%) were tested at 3 decreasing levels of PEEP (15, 10, and 5 cmH2O). In the fourteen enrolled patients, PEEP of 15 cmH2O, despite resulting in the highest oxygenation, was associated with overdistension while PEEP of 5 cmH2O was associated with increased shunt and alveolar collapse. Administration of 100% FiO2 was associated with an increase in intrapulmonary shunt in the setting of high PEEP. The second part is a multicentric study evaluating the daily values and the trends of clinical parameters during the ICU stay and analyzing their association with outcome in critically ill patients with COVID-19 admitted to 24 Italian ICUs. In 1260 patients we showed that both the daily values and the trends of respiratory system compliance, PaO2/FiO2, driving pressure, arterial carbon dioxide partial pressure, creatinine, C-reactive protein, ferritin, neutrophil, neutrophil-lymphocyte ratio, and platelets were associated with survival. For lactate, pH, bilirubin, lymphocyte, and urea only the daily values were associated with the patient outcome. The trends of PaO2/FiO2, respiratory system compliance, driving pressure, creatinine, ferritin, and C-reactive protein showed a higher association with the patient outcome compared to the daily values. Finally, the third part of the manuscript is a multicentric study to determine the role of vaccination in preventing ICU admission for COVID-19 pneumonia through evaluation of Incidence Rate Ratio (IRR), and to compare baseline characteristics and outcomes of vaccinated and unvaccinated patients admitted to ICU. Both mRNA (BNT162b2 or mRNA-1273) and adenoviral vaccines (ChAdOx1 or Ad26.COV2.S) resulted associated with significant lower risk of ICU admission. Despite unvaccinated patients admitted to ICU were younger than vaccinated patients, had fewer comorbidities and a lower prevalence of immunosuppressive therapy, ICU mortality was not associated with vaccinated status.

Extracorporeal techniques are the ultimate resources for critically ill patients with life threating respiratory or cardiac failure, maintaining tissue oxygenation for days to weeks by supporting the lungs, the heart, or both. We focused our interest on novel strategies to implement this technology in order to guarantee safer and more efficient extracorporeal life support. The first approach was a novel regional anticoagulation strategy based on ion-exchange resins, which aimed at avoiding the risks related to systemic anticoagulation. In this experiment, conducted on a swine model, we were able to reduce the concentration of ionized calcium in the extracorporeal circuit, thus inhibiting its coagulation activity, while having an extracorporeal blood flow of 500mL/min. On the other hand, by re-infusing calcium in the systemic circulation, we were able to maintain a normal coagulation function in our in vivo model. Secondly, we devised a thermodilution technique to quantify recirculation flow in a membrane lung, a step needed in order to reduce the amount of oxygenated blood flowing back into the extracorporeal circuit. We built an in vitro setup mimicking a patient undergoing veno-venous ExtraCorporeal Membrane Oxygenation (vv-ECMO) to measure the recirculation fraction, which was computed as the ratio between the areas under the curve of temperature traces recorded on the drainage line and at reinfusion line. We found that our thermodilution technique provided a punctual measurement of the fraction of oxygenated blood recirculating into the membrane lung. Thirdly, we tested sodium hydroxide (NaOH) as an alternative medium to clear carbon dioxyde (CO2) in a membrane lung, comparing its efficacy and efficiency against those of various fresh gas flows. Despite its limitations for clinical practice, this strategy shows that NaOH solutions have a high CO2 absorbing capacity. The partial pressure of CO2 (pCO2) of the alkaline sweep fluid was persistently very close to 0 mmHg, as the added CO2 was instantly hydrated and dissociated to bicarbonate and carbonate. This optimized the transmembrane pCO2 gradient, increasing the efficiency of extracorporeal CO2 removal. The last experiment of this cycle aimed at understanding the relevance of haematocrit (HCT) during extracorporeal CO2 removal. In our in vitro study, we kept inlet pCO2 stable, blood flow at membrane lung at 250 mL/min, and sweep gas flow at 5 L/min according with membrane lung characteristics. We showed that variations in HCT corresponded to variations in the amount of removed CO2 (V̇CO2). Specifically, in our study, an increase of HCT by 20% determined a rise in V̇CO2 of 15% compared to treatment baseline. Overall, starting from physiology, we tackled some open issues of extracorporeal life support. Our results are promising and expand the fund of knowledge on extracorporeal techniques. The next steps will require further studies in order to take our findings from the bench to the bedside.

Although in the literature there are many studies comparing the efficacy of different regimens of analgo-sedation in the Intensive Care Unit (ICU), more studies are needed to directly compare ketamine versus remifentanil in terms of its ability to effectively sedate and control pain in mechanically ventilated critically-ill patients. Remifentanil, which belongs to the opioid family of drugs, is routinely used in continuous infusion in the operating room (OR) and ICU. Ketamine, a NMDA-receptor antagonist, is used more often in the OR to provide pain relief while its use is not widespread in the ICU setting as remifentanil. Ketamine is mainly given as a bolus injection, while there are no data focusing on ketamine in continuous infusion/Targeted Controlled Infusion (TCI).It does not belong to the opioid family of drugs and thus does not act mainly on the mu-receptors, its action is free of many undesired effects that are typical of prolonged opioid administration, such as: cardiovascular depression, intestinal paralysis, nausea, pruritus, tolerance and withdrawal syndromes. Moreover ketamine may have a role in decreasing the incidence of delirium and depression after long periods of ICU stay. These are the reasons why we would like to investigate the effectiveness of ketamine in continuous infusion to provide at least the same quality level of analgosedation as another routinely used analgo-sedative drug -“ remifentanil - in mechanically ventilated critically ill patients. We expect ketamine not to be inferior to remifentanil in providing adequate sedation and analgesia. At the same time, we hope to show a decreased incidence of cardiovascular depression with a subsequent reduced need for use of cathecolamines, lower rates of intestinal paralysis, nausea, pruritus, tolerance, withdrawal syndromes, delirium and depression in patients treated with ketamine in comparison to patients treated with remifentanil. To avoid adverse emergence reactions such as psychomotor agitation and visual and tactile disturbances when ketamine or remifentanil are discontinued in our protocol we made sure that the administration of both drugs is simultaneous with that of propofol in continuous infusion at any time.
Sebbene in letteratura ci siano molti studi di confronto tra l'™efficacia di differenti regimi analgosedativi in ambito intensivistico e durante procedure chirurgiche in parte complesse, al momento non c'è alcun lavoro focalizzato sul paragone diretto tra ketamina e remifentanil, somministrate in infusione continua e in associazione a propofol, in termini di abilità  nel garantire un'™efficace sedazione e controllo del dolore in pazienti critici, ricoverati in TI e ventilati meccanicamente per più di 24h. Quando la ketamina viene utilizzata in ICU, la somministrazione è in genere a boli e nulli sono i lavori basati sul suo impiego a "˜lungo-termine"™ in associazione a propofol. Alcuni studi preliminari hanno dimostrato che la ketamina gioca anche un ruolo importante nella riduzione dell'™incidenza di delirio e depressione dopo lunghi periodi di ricovero in ambito ospedaliero, o se somministrata prima dell'™inizio di un intervento di chirurgia maggiore negli adulti, soprattutto di età > 65 anni, e durante chirurgia pediatrica. Abbiamo proposto quindi uno studio clinico sperimentale, monocentrico, randomizzato, basato sull'™arruolamento di pazienti ricoverati in ISTAR 1 e 2, due rianimazioni polivalenti (direttore: Prof. C. Ori) dell'Azienda Ospedaliera di Padova. L'™attività di ricerca si è basa su un confronto diretto tra due protocolli analgo-sedativi differenti (ketamina+propofol in infusione continua vs remifentanil+propofol) in pazienti critici ventilati meccanicamente per un periodo massimo di 7 giorni e minimo di 36 ore. Nello specifico gli obiettivi di studio sono stati di indagare ed approfondire: - l'™abilità del farmaco in infusione continua di raggiungere e mantenere un valore target di RASS tra -2 and 0 durante i primi 7 gg (valore atteso: stesso livello di efficacia di ketamina vs remifentanil o di non inferiorità); - l'™incidenza di delirio nei 7 gg e a lungo termine (valore atteso: superiorità di ketamina); - monitoraggio comfort o sofferenza del paziente durante ventilazione meccanica (tramite Critical Care Pain Observational Tool, CCPOT) - incidenza di delirium a breve termine (nei primi 3 gg dopo l'™estubazione) (ICU-Confusion Assessment Method, ICU-CAM) - incidenza di deficit cognitivo/delirium alla dimissione dalla TI (Mini Mental Status Exam-test, MMSE) - incidenza di tolleranza/iperalgesia durante i primi 7 gg o sindrome astinenziale - incidenza di depressione cardiovascolare durante i primi 7 gg - durata della ventilazione meccanica - durata della degenza in ICU e mortalità™ in ICU - tollerabilità della NE ed effetti avversi durante l'™analgosedazione - incidenza depressione a 3mesi (Hospital Anxiety Depression Scale,HADS). I pazienti arruolati in questi anni di dottorato, rappresentanti il campione preliminare di uno studio assai più complesso e con una numerosità campionaria presunta molto superiore, sono stati 50 (33M e 17F) così suddivisi: - 23 (46%) pazienti arruolati nel braccio ketamina+propofol - 27 (54%) nel braccio remifentanil+propofol. A sua volta ciascun paziente è stato poi distinto in MEDICO, CHIRURGICO, TRAUMA, USTIONATO. Dall'™analisi dei dati preliminari, è emerso che l'™infusione continua di ketamina rappresenta una valida alternativa ai più comuni protocolli analgosedativi utilizzati nelle rianimazioni di tutto il mondo. La ketamina sembra avere capacità di mantenere un RASS target tra 0 e -2 (nei pazienti critici) sovrapponibile a remifentanil, con probabilità di eventi avversi pressoché identiche (circa 13% in entrambi i gruppi). Idem per quanto riguarda i dati che riguardano il dolore e il comfort paziente-ventilazione (valutazione realizzata tramite CCPOT). Buoni risultati sono stati ottenuti dall'™uso dell'™antagonista-NMDA nei pazienti con iniziale sostegno inotropo. Minor utilizzo di catecolamine ed instabilità emodinamica nei pazienti chirurgici, traumatizzati ed ustionati se trattati con ketamina vs remifentanil. Dati ancora incompleti sulle eventuali differenze di canalizzazione o tollerabilità alla nutrizione enterale tra i due protocolli. Per quanto riguarda i risultati sull'™incidenza di delirium nei primi 3 giorni dopo l'™estubazione, trend a favore dei pazienti trattati con ketamina (34% vs 44%) ma necessario approfondimento delle eventuali correlazioni con storia clinica, gravità, età, deficit cognitivo alla dimissione (MMSE) ed incidenza di ansia/depressione a lungo termine (HADS). Nello specifico per quanto riguarda il riscontro di delirium a breve termine, cioè entro i primi 3 giorni dopo l'™estubazione, e alla dimissione dalla TI, ben 4 pazienti sono risultati positivi ad entrambi i test (2 per ketamina e 2 per remifentanil) ed avevano più di 65 anni. Per concludere tale risultato lascia presupporre una possibile correlazione tra insorgenza di delirium, età e declino cognitivo/funzionale nell'™adulto.

The host response to infection involves soluble mediators ( components of flogosis, clotting factors) and cells(platelets, endothelial cells and monocites) and is a continuum of complex and very organized chain reactions that have as objective the elimination of pathogenic threat, and the restitution ad integrum of the host. However if the response is excessive , the host response turn on its bearer and causes the organ dysfunction. In sepsis there is a strong cross-talk between flogosis and coagulation. In septic patients the primary activation of haemostasis is associated to thrombocytopenia with a variable incidence from 36%-60%. There is an attenuation of anticoagulant mechanism, including P C; AT, and the fibrinolitic way. In patients affected by two organ failure septic shock, the recommended therapy comprise the use of activated recombinant protein c. We analyzed the effect of activated recombinant protein c in a limited group of patients in ICU on coagulation cascade. In particular we studied coagulation parameter variation of septic patients. Despite a deep knowledge on coagulation cascade, poor information are available on VWF role on septic coagulation modifications. Four patients were enrolled in our study that lasted 28 days. Our study suggest that high VWF:Ag e VWF:CBA levels remain elevated during all the period evaluated. Moreover thrombocytopenia is not correlated to VWF levels. Clinical features are quite different from Moskowitz Syndrome characterized by platelets number decrease associated with high molecular weights consumption as cause-effect. VWF level trend probably correlates with endothelium injury. In fact we can assume that persistent high levels of VWF confirm a continuous and severe endothelium injury causing a multiorgan failure. VWF dosage trend may be an important prognostic index. Future improvements may include propeptide and ADAMTS13 dosage, though VWF multimers distribution does not seem to be well-matched with significant deficits of this metalloproteasi.

Introdution: Infections are one of the most important causes of morbility and mortality in the intensive care units all around the world. The indiscriminate use, often not appropriate, of the antibiotics, led to the development of the multidrug resistant species. In the last years there was a large spread of multidrug resistant Klebsiella Pneumoniae Carbapenemase-producing (KPC), that, due to the small therapeutic option and therefore its rapid diffusion, it is becoming a serious health problem. Aim of the study: First aim of the study has been to understand if the KPC infection could be able to aggravate the outcome of the patients admitted in intensive care units. Second aim was to understand if in the intensive car units there are correct strategies of prevention, if it exists a peculiar type of patient more sensitive to the infection, and to understand the real efficacy of the antibiotic therapy used. Materials and Methods: A prospective observational study that has included all the patients admitted to intensive care units, with at list one biological positive sample for KPC, from January 2013 to October 2015. General features of patients as well as data about comorbidity, trend of inflammation indexes, antibiotic therapy and mortality rate was recorded. Results: Of the 109 patient analyzed, 64% of cases came from surgical units. The simple positive in a swab of KPC does not cause increase in inflammatory markers, and the same we observed after infection confirmed by blood colture. Seventeen percent of the patients have 3 or more comorbidities and, of which, 60% died with a relative risk of death of 4,6. Twenty five percent of the patients had infection of KPC confirmed by blood culture, of which 54,5% died with a relative risk of death of 4,1. The association of three or more comorbidities and infection for KPC clinically documented increase the relative risk of death until 13,6. Conclusions: Among patients afferent to the intensive care unit, the most sensitive to the infection of KPC seem the patients from surgery unit. The only colonization by KPC does not seem to be able to worse the outcome, while the clinically documented infection confirmed by blood culture appears to increase the relative risk of death, even more if associated with a number of comorbidities greater than or equal to three.
Presupposti dello studio: Le infezioni sono una delle principali cause di morbilità e mortalità nei reparti di terapia intensiva di tutto il mondo. L’abuso e l’uso spesso inappropriato degli antibiotici ha portato nel corso degli anni allo sviluppo di specie antibiotico-resistenti. Negli ultimi anni c’è stata grande diffusione della Klebsiella Pneumoniae produttrice di carbapenemasi (KPC) multiresistente agli antibiotici che, proprio per le ridotte opzioni terapeutiche e la rapida capacità di colonizzazione ed infezione, desta sempre maggiore preoccupazione. Scopo dello studio: Obiettivo primario del nostro studio è stato capire se l’infezione da KPC sia effettivamente in grado da sola di peggiorare l'outcome dei nostri pazienti fino a determinarne il decesso. Obiettivi secondari: valutare se nelle terapie intensive in esame vengono messe in atto le strategie di prevenzione raccomandate, indagare se esiste una tipologia di pazienti più suscettibili all'infezione, capire se la terapia antibiotica messa in atto sia realmente efficace. Materiali e metodi Studio osservazione prospettico che ha incluso tutti i pazienti che all'ingresso presso le unità di terapia intensiva prese in esame o durante il ricovero nelle stesse abbiano avuto almeno un campione biologico positivo per KPC, nel periodo di tempo da Gennaio 2013 a Ottobre 2015. Di questi pazienti sono state registrate variabili individuali, esami ematochimici, indicatori di flogosi e condotta terapeutica. E’ stato inoltre calcolato il rischio relativo di mortalità in base alla presenza di 3 o più comorbidità, in base all'infezione confermata all'emocoltura da KPC e il rischio relativo di morte delle due precedenti variabili aggregate. Risultati Dei 109 casi analizzati, il 64% dei pazienti erano provenienti da reparti chirurgici. In seguito al riscontro di positività per KPC al tampone, non si evidenzia un aumento significativo dei globuli bianchi né degli indici di flogosi nei nostri pazienti. Anche dopo lo sviluppo di una emocultura positiva per KPC, non è stato osservato un aumento significativo dei globuli bianchi né degli indici di flogosi. Quindici (17%) Pazienti presentavano 3 o più comorbidità, e di questi il 9 (60%) sono deceduti, con un rischio relativo di decesso di 4.6. Ventidue (25%) Pazienti hanno sviluppato un'emocoltura positiva per KPC, e di questi 12 (54.5%) sono deceduti, con un rischio relativo di decesso di 4.1. Nel caso di pazienti con comorbidità maggiori o uguali a 3 e emocoltura positiva il rischio relativo di decesso è 13.6. Conclusione/discussione Dei Pazienti che afferiscono alle terapie intensive, quelli più suscettibili di infezione da KPC sembrano essere quelli provenienti dai reparti chirurgici. La colonizzazione da sola non sembra in grado di peggiorare l’outcome mentre l’infezione clinicamente documentata da emocoltura positiva appare aumentare il rischio di decesso, tato più se associata a un numero di comorbidità maggiore o uguale a tre.

Common general anesthetics administered to young rats at the peak of brain development cause widespread apoptotic neurodegeneration in their immature brain. Behavioral studies have shown that this leads to learning and memory deficiencies later in life.The subiculum,a part of the hippocampus proper and Papez’s circuit,is involved in cognitive development and is vulnerable to anesthesia-induced developmental neurodegeneration. This degeneration is manifested by acute substantial neuroapoptotic damage and permanent neuronal loss in later stages of synaptogenesis. Since synapse formation is a critical component of brain development, we examined the effects of highly neurotoxic anesthesia combination (isoflurane, nitrous oxide, and midazolam) on ultrastructural development of synapses in the rat subiculum. We found that this anesthesia, when administered at the peak of synaptogenesis, causes long-lasting injury to the subicular neuropil. This is manifested as neuropil scarcity and disarray, morphological changes indicative of mitochondria degeneration, a decrease in the number of neuronal profiles with multiple synaptic boutons and significant decreases in synapse volumetric densities. We believe that observed morphological disturbances of developing synapses may, at least in part, contribute to the learning and memory deficits that occur later in life after exposure of the immature brain to general anesthesia
Numerosi studi hanno dimostrato che l’esposizione di varie specie animali ad anestesia generale durante il periodo di massimo sviluppo del cervello causa la morte per apoptosi di un gran numero di neuroni, che si traduce in deficit di memoria e di apprendimento in questi stessi animali durante la vita adulta. Il subicolo, che fa parte dell’ippocampo e del circuito di Papez, e’ fondamentale per un corretto sviluppo cognitivo ed e’ tra le aree del cervello piu’ vulnerabili al danno indotto da anestesia. Dal momento che la sinaptogenesi e’ una componente fondamentale dello sviluppo del cervello, abbiamo studiato gli effetti di una comune combinazione di anestetici (isofluorano, protossido d’azoto e midazolam) sullo sviluppo ultrastrutturale delle sinapsi del subicolo di ratto. Abbiamo dimostrato che, quando somministrata al picco della sinaptogenesi, questa anestesia causa un danno permanente al neuropilo subicolare. Tale danno e’ caratterizzato da una scarsita’ di profili cellulari, da degenerazione mitocondriale, da una riduzione del numero di bottoni sinaptici multipli e dalla diminuzione delle densita’ sinaptiche volumetriche. Ipotizziamo che tali alterazioni morfologiche contribuiscano almeno in parte a spiegare i deficit di memoria e di apprendimento che si osservano durante la vita adulta in topi esposti ad una anestesia generale al picco della sinaptogenesi

Frequent exposure of the immature brain to general anesthesia is common. The safety of this practice has recently been challenged in view of the evidence that general anesthetics could be damaging to the developing mammalian neurons. The initial reports were done in immature rats which raised the criticism regarding possibly unique vulnerability of those species, the correlation between the duration of brain development and the duration of anesthesia necessary to activate apoptosis and the importance of maintaining adequate nutritional/cardio-pulmonary homeostasis during anesthesia. Therefore we studied guinea pig whose brain growth is five-times longer than in rats and is completely prenatal phenomenon allowing anesthesia-induced neurotoxicity studies of fetal brain to be performed via anesthetizing pregnant mothers which, due to their size, we made invasive monitoring of maternal (and indirectly fetal) well-being technically feasible. Despite adequate maintenance of maternal homeostasis a single short maternal exposure (4hrs) to general anesthetic isoflurane, alone or with nitrous oxide and/or midazolam at peak of fetal synaptogenesis, induced severe neuroapoptosis in the fetal guinea pig brain which resulted in permanent loss of many neurons in vulnerable brain regions as detected in early post-natal life suggesting that anesthesia-induced neuroapoptosis can cause permanent brain damage. We started to study also piglets whose brain growth is ten-times longer than in rats and is a prenatal and postnatal phenomenon. We anesthetized piglets 5-10 days-old, due to their large size we made invasive monitoring of their nutritional/cardio-pulmonary parameters. Despite adequate maintenance of piglet homeostasis, the preliminary data show that a single short exposure (4 hrs) to general anesthesia at the peak of synaptogenesis induced severe neuroapoptosis in newborn piglet. The anesthesia-induced developmental neuroapoptosis observed in the immature piglet brain mimics anesthesia-induced developmental neuroapoptosis observed in the immature rats and guinea pig brain.

Background and Significance: Subarachnoid haemorrhage (SAH) is a cerebrovascular emergency due to an intracranial aneurysm rupture associated with significant mortality. Within survivors, 50% remains severely disabled. SAH can be considered an ischemic disease. In fact, the abrupt discharge of blood into the basal cisterns raises the intracranial pressure and reduce cerebral blood flow with early cerebral ischemia (EBI). Later in the course of the disease, many complications affect brain and contribute to a delayed cerebral ischemia (DCI). Among those: hydrocephalus, intracranial hypertension, seizures and vasospasm (VS) above all.VS refers to the arterial narrowing and occurs in 50-70% of patients. Oxy-hemoglobin in Cerebral spinal fluid CSF triggers changes in the intimal and medial part of the arterial wall leading to VS. However DCI and VS are not synonymous and other inflammatory process are implicated in the pathogenesis of DCI. To date, definite Biomarkers associated to early and late ischemia in SAH are still lacking. TGF beta 1 is a highly researched and promising cytokine in the fields of cancer, autoimmune diseases and infectious disease and has multiple roles with effects on cell proliferation, differentiation, morphogenesis, tissue homeostasis and regeneration. TGF beta has been investigated pathologies affecting central nervous system but not fully in SAH. Scope of the study: To disclose the expression of TGF beta in plasma and CSF of SAH patients. To investigate if a temporal profile during EBI and DCI is associated to neurological outcome. Methods: Prospective study. Population: adult patients admitted to the Neurocritical Care Unit at San Gerardo Hospital, suffering from SAH. CSF and plasma samples were drawn at three time points from time of aneurysm rupture within 1 week from admission (T01-day, T1-day 3, T2-day 7). TGF beta was analysed with ELISA KIT, Emax® ImmunoAssay to detect the biologically active TGFβ1. Patients were treated as per standard clinical protocols. Clinical records, drugs, radiological investigations and daily transcranial doppler were recorded. Results: TGF showed a clear trend of expression in CSF ad plasma in all patients with a peak at T0, than reduced on T1 when patients are clinically stable, and then peaked again on T2. Patients who developed cerebral vasospasm showed major increment of TGF beta in CSF compared to blood on T2. Conclusions and future perspectives: This study confirmed a trend in TGF expression and showed that in patients with VS the CSF expression was increased compared to blood at T2, time when VS typically occurs. This study is original and carry the possibility to translate laboratory findings to clinical practice making the TGF beta a possible early marker of DCI with the potential to stratify patients for risk categories. expected advantage i to identify predisposed patients to a more severe course of SAH

Gittata cardiaca, livelli di emoglobina e di ossigeno nel sangue arterioso (SaO2 e PaO2) sono generalmente considerati come i principali determinanti della disponibilità di O2 sistemica. Tuttavia, negli stati critici l’ipossia tissutale può persistere nonostante la normalizzazione dei parametri emodinamici e dell’ossigenazione sistemica, a causa di una compromissione della perfusione microcircolatoria. Negli stati di infiammazione sistemica come la sepsi, lo stress ossidativo e i mediatori infiammatori possono portare a danno endoteliale e disfunzione microvascolare, che possono essere a loro volta responsabili di ipoperfusione e insufficienza d’organo. E’ quindi importante monitorizzare il microcircolo e la sua risposta alle terapie. Negli studi inclusi in questa tesi sono state utilizzate due tecniche non invasive che permettono di valutare la perfusione microcircolatoria e l’ossigenazione tissutale: la tecnica di video-microscopia sublinguale Sidestream Dark Field (SDF) e la Near Infrared Spectroscopy (NIRS) a livello del muscolo scheletrico (eminenza tenar) con test di occlusione vascolare. Questa tesi conferma il valore prognostico del microcircolo nei pazienti critici. Un’alterata capacità del tessuto di estrarre O2 in corso di ischemia e una riduzione della reattività microvascolare nella fase di riperfusione si sono rivelate in grado di predire la mortalità in una popolazione eterogenea di 89 pazienti ricoverati in Terapia Intensiva. Utilizzando la tecnica SDF, abbiamo trovato significative alterazioni del glicocalice endoteliale a livello del microcircolo sublinguale nei pazienti critici in confronto a volontari sani, e tali alterazioni sono apparse più pronunciate in presenza di sepsi. Il monitoraggio del microcircolo può rappresentare un’utile guida terapeutica. In pazienti settici la trasfusione di emazie leucodeplete ha prodotto un effetto più favorevole sul flusso convettivo a livello microcircolatorio rispetto alle emazie non leucodeplete. La trasfusione di emazie vecchie (tempo di conservazione >15 giorni) si è associata ad un aumento dell’emoglobina libera plasmatica, la quale può aver condotto ad una riduzione della densità microvascolare per la sua attività di scavenger nei confronti dell’ossido nitrico. Dal momento che la perfusione e l’ossigenazione tissutali dipendono principalmente dalla funzione microcircolatoria, è importante tenere in considerazione gli effetti che le terapie comunemente applicate (ad es. l’ossigenoterapia) possono avere sul microcircolo. Una meta-analisi di studi osservazionali ha mostrato un’associazione tra l’esposizione ad iperossia e una più alta mortalità in diverse categorie di pazienti critici. In uno studio prospettico osservazionale su 40 pazienti, l’iperossia ha prodotto una precoce riduzione della densità microvascolare (indice di vasocostrizione), seguita tuttavia da normalizzazione al ritorno ai livelli inspiratori di ossigeno basali. Un’esposizione di 2 ore all’iperossia ha causato un aumento dei radicali liberi, inducendo un aumento della produzione di glutatione: questo meccanismo può essere stato in grado di stimolare la produzione di eritropoietina, secondo la teoria del “normobaric oxygen paradox”. Infine, questa tesi ha messo in luce le difficoltà tecniche relative al monitoraggio del microcircolo sublinguale tramite tecnica SDF e ha sottolineato l’importanza della qualità delle immagini raccolte al fine di ottenere una valutazione del microcircolo attendibile.
Cardiac output, haemoglobin levels and arterial oxygen levels (SaO2 and PaO2) are generally considered as the main determinants of systemic O2 delivery. However, during critical illness tissue hypoxia may persist despite normalization of systemic haemodynamics and oxygenation, due to an impairment in microvascular perfusion. During systemic inflammation such as sepsis, endothelial damage and microcirculatory dysfunction may occur due to oxidative stress and inflammatory mediators, leading to hypoperfusion and organ failure. It is thus important to monitor the microcirculation and its response to interventions. In the studies included in this thesis, two non-invasive techniques were applied to evaluate microvascular perfusion and tissue oxygenation: sublingual sidestream dark field (SDF) videomicroscopy and near infrared spectroscopy (NIRS) on the skeletal muscle (thenar eminence) with a vascular occlusion test. This thesis confirms the prognostic value of the microcirculation during critical states. Alterations in tissue O2 extraction capacity during an ischemic challenge and a reduced microvascular reactivity during reperfusion were able to predict mortality in a heterogeneous population of 89 critically ill patients. Using SDF videomicroscopy, we found significant alterations in the sublingual microvascular glycocalyx in critically ill patients as compared to healthy volunteers, which were more pronounced in presence of sepsis. Microvascular monitoring may be a useful tool to guide therapy. In septic patients, the transfusion of leukodepleted red blood cells (RBCs) seemed to produce a more favourable effect on microvascular convective flow in comparison to non-leukodepleted RBCs. The transfusion of old RBCs (storage >15 days) was associated with an increase in plasma free haemoglobin, possibly leading to a reduction in microvascular density due to a nitric oxide-scavenger activity. Since tissue perfusion and oxygenation mainly depend on microvascular function, it is important to consider the microvascular effects of commonly applied interventions, such as O2 therapy. A meta-analysis of observational studies showed that exposure to arterial hyperoxia was associated with higher mortality in several subsets of critically ill patients. In a prospective observational study on 40 patients, hyperoxia induced an early reduction in microvascular density, suggesting a vasoconstrictive response, which however normalized upon returning to baseline levels of inspired O2. A 2-hour exposure to hyperoxia caused a rise in O2 free radicals, inducing an increased glutathione production: this mechanism may have been able to stimulate erythropoietin production, according to the “normobaric oxygen paradox”. Finally, this thesis highlighted the technical challenges of sublingual SDF monitoring and underlined the importance of microcirculatory image quality for a reliable evaluation of the microcirculation.

The aim of this study was to evaluate the proteomic pattern of patients affected by sepsis, severe sepsis and septic shock. First of all we analyzed the common circulating factors to identify the best parameters to estimate severity, prognosis or further course of the disease. The best marker to estimate severity was procalcitonine (PCT). Higher values in severe sepsis and septic shock (p-value<0.012-0.001-0.001 and 0.003 on day 1-3-6 and 9) than in sepsis. D-dimers more increased in more critical patients too. About the relationship between parameters and outcome, there are significant differences in PCT-levels on day 9 (p<0.026, 2,05 µg/L in dead patients vs 0,4 µg/L in recovered patients). An important thrombocytopenia was observed on day 6-9 and 12 in patients with poor-outcome (p<0.02-0.02 and 0.012 respectively. On the proteomic side, we found significative expression of Platelet activating Factor 4, Cytokine A18 precursor, Apolipoprotein family and complement factors; only Complement factor 3 was related to severity of illness.
Obiettivo di questo studio è identificare, attraverso l’analisi sieroproteomica, eventuali nuovi marcatori in pazienti affetti da sepsi, sepsi grave e shock settico; mettere in luce differenze nel pattern proteomico tra pazienti che sopravvivono o meno alla sepsi; cercare nel pattern proteomico eventuali cause di fallimento della terapia standard del paziente settico. Per fare ciò è stato necessario prima analizzare i pazienti secondo le caratteristiche cliniche e bioumorali, classificarli e identificare i migliori markers prognostici e indici di gravità. Si è proceduto poi ad analizzare i pattern sieroproteomici, cercando una relazione tra i dati clinici e bioumorali. L'indagine ha riguardato 61 pazienti affetti da sepsi, sepsi grave e shock settico. I dati bioumorali hanno rivelato una forte correlazione tra aumento di Procalcitonina e gravità del paziente, con buona correlazione con il SOFA score (Pearson's correlation 0,477; p=0,0001); Procalcitonina si è rivelata anche il miglior indice prognostico con p<0.026 in 6°giornata. Alterazioni della coagulazione con diminuzione di piastrine, aumento di D-dimero e variazione del PT hanno mostrato correlazioni significative con gravità e outcome non costanti però durante il periodo di osservazione. L'analisi sieroproteomica dei dati ha evidenziato nei pazienti settici una significativa alterazione nei confronti dei soggetti controllo di Platelet Activating Factor 4, Cytokine A18 precursor, di una serie di proteine della famiglia delle Apolipoproteine e di fattori del Complemento; solo Complement factor 3 è risultato essere correlato significativamente anche con la gravità del quadro clinico.

After the catastrophic event of thalidome in Europe, early in the sixties, the FDA planed experimental protocols for the study of the reproduction toxicity of drugs and other substances. In this work, we begun our route from the fecundation to the normal fetal development and the principles of developmental toxicology. We reported an outline of the pathogenesis of developmental toxicity and we mentioned the sources of the teratogenic evaluation: animal experiments and epidemiologic data. Finally, we refer the follow-up interview; this interview consisted of a comprehensive list of questions with regard to maternal health during pregnancy, pregnancy outcome, delivery, and neonatal health.

Background: Lipid emulsion infusion reverses cardiovascular compromise due to local anesthetic overdose in laboratory and clinical settings. The author compared the efficacy of resuscitation from bupivacaine-induced asystole using lipid emulsion infusion versus epinephrine, vasopressin, combination of epinephrine and vasopressin, and saline control in a prospective randomized animal study. Methods: Bupivacaine was infused in male Spregue-Dawley rats anesthetized with isoflurane, producing asystole in all subjects. Rats were ventilated with 100% oxygen, given chest compression, and randomized to receive 30% lipid emulsion, vasopressin, epinephrine alone or combined with vasopressin, and saline. Treatment boluses were repeated at 2.5 and 5 minutes for a native rate-pressure product less than 20% baseline. Electrocardiogram and arterial blood pressure were monitored continuously and at 10 min arterial blood gas, central venous oxygen saturation and blood lactate were measured. Results: Lipid infusion resulted in higher rate-pressure product, pH and central venous oxygen saturation than in vasopressors groups and in control group at 10 min. Metrics indicated better tissue perfusion in lipid group than in the others group. Epinephrine treatment caused persistent ventricular ectopy in all subjects. Vasopressin and epinephrine were associated with developing of pulmonary edema. Conclusion: Lipid emulsion in this rat model provide superior hemodynamic and metabolic recovery from bupivacaine-induced cardiac arrest than do vasopressors. Vasopressin and epinephrine were associated with adverse outcomes. Systolic pressure was not an useful metric in the vasopressors group. Further studies are required to optimize the clinical management of systemic local anesthetic toxicity.
E’ stato precedentemente dimostrato il recupero di attività cardiaca spontanea dopo l’infusione di una emulsione lipidica (30% soy oil emulsion) in seguito ad arresto cardiaco bupivacaina-indotto sia in vivo sia in modelli sperimentali di cuore isolato. Numerosi case reports sono stati pubblicati sull’utilizzo clinico dell’emulsione lipidica nella rianimazione di pazienti in arresto cardiaco in seguito ad overdose di anestetico locale. Le linee guida 2005 dell’American Heart Association (AHA/ACLS resucitation protocol) prevedono l’utilizzo di una dose di 40 U di vasopressina, al posto della prima o seconda dose di epinefrina, come farmaco di prima linea nel trattamento dell’arresto cardiaco. Abbiamo studiato l’efficacia dell’emulsione lipidica versus i farmaci suggeriti dai protocolli ACLS in un modello sperimentale di arresto cardiaco bupivacaina-indotto in ratti. Sono stati analizzati parametri emodinamici, metabolici ed elettrocardiografici. L’emulsione lipidica è risultata superiore, in termini di sopravvivenza, parametri emodinamici e metabolici, all’adrenalina, alla vasopressina e alla loro associazione nel trattamento dell’arresto cardiaco indotto da un’overdose di bupivacaina. Ulteriori studi sono necessari per confermare queste osservazioni e soprattutto per determinare eventuali implicazioni sul piano clinico.

Background: Whereas the importance of low tidal volume to avoid ventilator-induced lung injury (VILI) in patients with ARDS is well known, several uncertainties still exist regarding how to set positive end-expiratory pressure (PEEP). Many approaches have been considered, but no one showed a clear effectiveness in terms of outcome. Recently a ventilator strategy using esophageal pressure to estimate the transpulmonary pressure has been proposed by Talmor and colleagues. Although they found an improvement in arterial oxygenation, it was not explored whether the increase in oxygenation was due to lung recruitment. Objectives: The aims of this study were: i) to evaluate the differences between the PEEP level and the end-expiratory transpulmonary pressure (PLEEO) by setting PEEP according to ARDS Network and to esophageal pressure (Pes); ii) to assess whether the Pes-guided PEEP is associated with an improvement in oxygenation; iii) to show that Pes-guided PEEP increases lung recruitment estimated by lung ultrasound score (LUS); iv) to determine whether the new setting of PEEP is associated to a change in plasmatic cytokines as markers of VILI. Methods: 15 patients with moderate and severe ARDS were enrolled. For the first 2 hours, PEEP was set according to the Acute Respiratory Distress Syndrome Network standard-of-care recommendations (phase A). It was then adjusted according to measurements of Pes for the following 2 hours (phase B) to maintain a positive PLEEO. PEEP levels were finally returned equal to phase A for the last 2 hours (phase C). The primary end point was the improvement in lung recruitment assessed with lung ultrasound at the end of phase B. Measurements and Main Results: Lower PEEP levels and PLEEO were found during phase A compared to phase B [median PEEP was 10 [10.0-12.0] vs 16 cmH2O [15.5-19.5]; median PLEEO was -3 [-4.0 to -0.5] vs 2 cmH2O [2-4], p < 0.02]. Arterial oxygenation improved in phase B compared to phase A [median PaO2:FiO2 during phase A was 149 [120 to 166] vs 166 [153 to 177] during phase B, p < 0.05]. The median LUS was 18 during phase A [11 to 27] and decreased to 15 [11 to 18] during phase B. A decrease in LUS ≥4 (indicating lung recruitment) was found in 10 of 15 patients. Although differences in oxygenation and LUS from phase B to phase C were not significant, the clinical parameters at the end of phase C tended to be similar to phase A. The analysis of plasmatic cytokines revealed no difference between phases. Conclusions: In patients with moderate and severe ARDS, PEEP-induced LUS reduction and increase in oxygenation seems to indicate that setting PEEP according to the Pes-guided method results in a greater alveolar recruitment than setting PEEP according to ARDS Network strategy. Further investigations are needed to confirm these results and to exclude the presence of PEEP-induced alveolar overdistension.

Introduction. Mechanical ventilation (MV) represented a fundamental step forward in the care of patients in both intensive care and anesthesia. Unfortunately, it can exacerbate, or even initiate, acute lung injury. Many mechanically ventilated patients with Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) go on to develop pulmonary fibrosis. We hypothesized that the MV may contribute to the development of this fibrosis through different mechanisms. Materials and methods. In vitro. Human alveolar epithelial cells BEAS-2B were subjected to cyclic mechanical stretch for 24 or 48 hours, and then the expression of epithelial and mesenchymal markers was analyzed. In vivo. Mice C57 BL/6 were randomized to 4 treatments: healthy controls; inhalation of hydrochloric acid (HCl) inhalation of control solution followed 24 hours later by MV; inhalation of HCl followed 24 hours later by MV. Treated animals were then followed for periods of 3, 8 and 15 days after inhalation. We analyzed lung mechanics, lung histology, circulating fibrocytes, the quantities of hydroxyproline as well as the expression of epithelial and mesenchymal markers in the lungs. Results. In vitro. The cyclic mechanical stretch in BEAS-2B cells resulted a in reduction in the expression of epithelial markers cytokeratin 8, E-cadherin and pro-surfactant protein B (proSPB), and increased expression of TGF-β1 and β-catenin and of the mesenchymal markers α-SMA and vimentin A. In vivo. MV, alone or in combination with the inhalation of HCl, resulted in altered lung mechanics, an increase of hydroxyproline content and expression of TGF-β1, β-catenin and the mesenchymal markers α-SMA and vimentin A, and a decrease in the expression of the epithelial markers cytokeratin 8, E-cadherin and proSPB. The circulating fibrocytes count was not affected by MV. Histological examination showed increased pulmonary fibrosis in treated animals and potential epithelial-mesenchymal transition after inhalation of HCl followed by MV. Conclusions. Mechanical stress causes pulmonary fibrosis, and the phenomenon of epithelial-mesenchymal transition may play a role in this process. If the results of our work are confirmed, the modulation of the fibrotic response in patients who require MV may represent an important new therapeutic target to investigate.
Introduzione. La ventilazione meccanica (MV) ha rappresentato un fondamentale passo avanti nell’assistenza dei pazienti sia in terapia intensiva sia in anestesia. Purtroppo però essa può esacerbare, o addirittura iniziare, un danno polmonare acuto. Molti pazienti con Acute Respiratory Distress Sindrome (ARDS) ventilati meccanicamente sviluppano fibrosi polmonare. Abbiamo ipotizzato che la MV possa contribuire mediante diversi meccanismi allo sviluppo di tale fibrosi. Materiali e metodi. In vitro. Cellule epiteliali alveolari umane BEAS-2B sono state sottoposte ad allungamento meccanico ciclico per 24 o 48 ore, e quindi si è analizzata l’espressione di marcatori epiteliali e mesenchimali in esse. In vivo. Topi C57 Bl/6 sono stati randomizzati verso 4 trattamenti: controlli sani; inalazione di acido cloridrico (HCl); inalazione di soluzione di controllo seguita dopo 24 ore da MV; inalazione di HCl seguita dopo 24 ore da MV. Gli animali trattati sono stati quindi seguiti per periodi di 3, 8 e 15 giorni dopo l’inalazione. Si sono analizzate le meccaniche polmonari, l’istologia polmonare, i fibrociti circolanti, i quantitativi di idrossiprolina così come l’espressione di marcatori epiteliali e mesenchimali nei polmoni. Risultati. In vitro. L’allungamento meccanico ciclico ha determinato nelle cellule BEAS-2B una riduzione nell’espressione dei marcatori epiteliali citocheratina 8, E-caderina e pro-proteina del surfattante B (proSPB), ed un aumento dell’espressione di TGF-β1 e β-catenina e dei marcatori mesenchimali α-SMA e vimentina A. In vivo. La MV, da sola o in associazione all’inalazione di HCl, ha determinato alterate meccaniche polmonari, un aumento del contenuto di idrossiprolina e dell’espressione di TGF-β1 e β-catenina e dei marcatori mesenchimali α-SMA e vimentina A, ed una diminuita espressione dei marcatori epiteliali citocheratina 8, E-caderina e proSPB. I fibrociti circolanti non sono stati influenzati dalla MV. L’istologia polmonare ha mostrato aumentata fibrosi negli animali trattati e potenziale transizione epitelio-mesenchimale dopo inalazione di HCl seguita da MV. Conclusioni. Lo stress meccanico determina fibrosi polmonare, e il fenomeno della transizione epitelio-mesenchimale potrebbe giocare un ruolo in questo processo. Se i risultati del nostro lavoro saranno confermati, la modulazione della risposta fibrotica nei pazienti che necessitano di MV potrebbe rappresentare un nuovo, importante bersaglio terapeutico da investigare.

Minimally invasive hemodynamic monitoring in intensive care: methodological approach The aim of the study was to validate the reliability of some new systems of hemodynamic monitoring: the Nexfin system (BMEYE BV, Amsterdam, Netherlands ) totally non-invasive, and the Pressure-Recording Analytical Method (PRAM/MostCare, Vygon, Italy ), minimally invasive and without the need of calibration, either external or internal. MATERIALS AND METHODS NEXFIN. We enrolled 40 patients admitted to two intensive care units at Padua Hospital. For each patient we collected data about systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP) continuously for 30 minutes, both using standard intra-arterial method (IBP) and Nexfin system (“finger cuff” technology). We compared a total of 79263 pairs of blood pressure values. On 9 patients we compared the value of cardiac output (CO) with the value measured by trans-thoracic echocardiography Doppler (TTE ) . PRAM. We connected the PRAM system to a Siemens sc7000 monitor linked to a sophisticated simulator HPS/METI® HPS/METI® which can produce different CO values according to the clinical conditions set. We simulated 6 different clinical scenarios to obtain a total of 168 measurements of CO . In the second step, we tested the system on 38 hemodynamically stable patients by comparing the values of CO with those measured by TTE with Doppler technique. Finally, we compared the CO data on 21 hemodynamically unstable patients, supported by Norepinephrine in continuous infusion, by comparing the CO values with those measured by transpulmonary thermodilution system: PiCCO2 (Pulse Contour Cardiac Output, Pulsion Medical Systems, Munich, Germany ). We compared the data before (T1) and after (T2) the reduction of 0,05 mcg/kg/min of the drug. The results obtained were analyzed according to the Bland and Altman method. We calculated mean differences, limits of agreement and percentual errors. RESULTS NEXFIN. We collected 158525 pressure points, 79263 for each device: for SBP the mean a difference was -4,89 mmHg, limits of agreement were +18,11mmHg/-27,91 mmHg, %error 18%; for DBP the mean difference was +6.07 mmHg, limits of agreement +23,60/-11,45 mmHg, with %error of 26%. For values of CO we calculated a mean difference of -0,5 L/min, with limits of agreement +2.24/-3.38 L/min. PRAM/MostCare. The comparison of 168 values of CO with those set to HPS/METI® showed a mean difference of -0,32 L/min, limits of agreement respectively +0,88 and -1,53 L/min. The %error calculated was 23%; R2 = 78.1%. The comparison of the values of CO with those measured with TTE on 38 stable patients showed a mean difference of -0,03 L/min (SD 0,66) and the limits of agreement respectively between + 1,28 e -1,35 L/min. The comparison of the values of CO with those measured by transpulmonary thermodilution on 21 hemodynamically unstable patients showed a mean difference of 0,13 L/min at T1 and 0,1 L/min at T2, with limits of agreement = -1,41/1,69 L/min at T1 and -1,67/1,87 L/min at T2. The percentage error at T1 was 28,27%, at T2 was 32%. In the subgroup of patients with atrial fibrillation, the mean difference was 0,28 L/min at T1, with the limits of agreement of -0,79 and +1,37 L/min and with a %error of 22%; at T2 the mean difference was 0,55 L/min, the limits of agreement were between -1,82 and 2,93 L/min and the error rate was 49%. CONCLUSIONS About Nexfin we can conclude that the values of SBP, DBP and CO measured by this device can not be considered reliable in critically ill patients; there might be a more appropriate application in the operating room or in medical departiments. The method remains strongly linked to correctly reading the wave form, which appears to be strongly influenced by several pathophysiological and environmental variables . Regarding PRAM, in relation to the CO measurement compared with both the TTE and the method of the transpulmonary thermodilution, its application seems useful in the context of critically ill patients, providing fundamental information about hemodynamic setting to the intensivist without risk. To confirm our results the study needs to be expand to include more hemodynamically unstable patients as well as patients affected by atrial fibrillation. The PRAM system is operator-dependent: it needs to be used by experienced staff, who are able to asses the correct arterial wave form.
Monitoraggio emodinamico mini-invasivo in terapia intensiva: approccio metodologico Negli ultimi anni sono stati proposti diversi sistemi di monitoraggio emodinamico che promettono una buona affidabilità a fronte di una minima invasività. Scopo dello studio è stato quello di validarne alcuni, in particolare il sistema Nexfin (BMEYE BV, Amsterdam, Paesi Bassi) nuovo e totalmente non invasivo, e il Pressure-Recording Analytical Method (PRAM/Mostcare, Vygon, Italia), mini-invasivo e che non necessita di calibrazione né esterna, né interna. MATERIALI E METODI Abbiamo studiato i due sistemi testandoli su pazienti ricoverati in due terapie intensive polivalenti dell’Azienda Ospedaliera di Padova. Per il sistema Nexfin abbiamo arruolato 40 pazienti, per ognuno abbiamo rilevato per 30 minuti in continuo la pressione arteriosa sistolica (SBP) e diastolica (DBP), sia con il metodo standard della cannulazione intra-arteriosa (IBP) che con il sistema Nexfin (tecnologia finger cuff) e abbiamo confrontato un totale 79263 coppie di valori pressori. Su 9 pazienti abbiamo confrontato anche il valore di cardiac output (CO) con quello misurato mediante ecografia transtoracica con tecnica Doppler (TTE). Per quanto riguarda il sistema PRAM lo abbiamo collegato mediante cavo ad un monitor Siemens sc7000 connesso ad un sofisticatissimo simulatore HPS/METI®, in grado di riprodurre valori di CO diversi in base alle condizioni cliniche impostate. Abbiamo simulato 6 scenari clinici differenti per ottenere un totale di 168 misurazioni di CO che abbiamo confrontato con quelli noti risultanti dalle impostazioni del simulatore. Successivamente abbiamo testato il sistema su 38 pazienti emodinamicamente stabili confrontando i valori di CO con quelli misurati mediante TTE con tecnica Doppler. Infine abbiamo confrontato i dati di CO su 21 pazienti emodinamicamente instabili e sostenuti da Noradrenalina in infusione continua, confrontando i valori di CO con quelli misurati tramite termodiluizione transpolmonare con sistema PiCCO2 (Pulse Contour Cardiac Output, Pulsion Medical System, Munich, Germany). Abbiamo confrontato i dati prima (T1) e dopo (T2) la riduzione di 0,05 mcg/Kg/min del farmaco. I risultati ottenuti sono stati analizzati statisticamente secondo il metodo di Bland e Altman; sono state calcolate le differenze medie, i livelli di concordanza e le percentuali d’errore. RISULTATI NEXFIN. Su un totale 158525 punti pressione, 79263 per dispositivo, abbiamo ottenuto per la SBP una mean difference di -4,89 mmHg, dei limits of agreement di +18,11mmHg e -27,91 mmHg ed un errore percentuale del 18% e per la DBP una mean difference di +6,07 mmHg, dei limits of agreement di +23,60 mmHg e -11,45 mmHg, con una percentuale d’errore del 26%. Per i valori di CO abbiamo calcolato una mean difference -0,5 L/min, con dei limits of agreement rispettivamente di +2,24 e -3,38 L/min. PRAM/Mostcare. Il confronto di 168 valori di CO con quelli impostati su HPS/METI® ha mostrato una mean difference di -0,32 L/min e dei limits of agreement rispettivamente di +0,88 e -1,53 L/min. L’errore percentuale calcolato era del 23%. con un R2 = 78,1%. Il confronto dei valori di CO con quelli misurati con TTE su 38 pazienti stabili ha mostrato una mean difference di -0,03 L/min (SD 0,66) e dei limits of agreement rispettivamente compresi tra + 1,28 e -1,35 L/min. Il confronto dei valori di CO con quelli misurati con termodiluizione transpolmonare su 21 pazienti emodinamicamente instabili ha evidenziato una mean diffenrence di 0,13 L/min al T1 e di 0,1 L/min al T2, con dei limits of agreement rispettivamente compresi tra -1,41 e 1,69 L/min e tra -1,67 e 1,87 L/min. L’errore percentuale al T1 è risultato essere pari al 28,27%, al T2 era pari al 32%. Nel sottogruppo di pazienti affetti da fibrillazione atriale la mean difference era di 0,28 L/min a T1, con dei limits of agreement di -0,79 e +1,37 L/min e con un errore percentuale del 22%; al T2 la mean difference era di 0,55 L/min, i limits of agreement erano compresi tra -1.82 e 2,93 L/min e la percentuale d’errore era del 49%. CONCLUSIONI Per quanto riguarda il sistema Nexfin possiamo concludere che i valori di SBP, DBP e CO misurati da questo device completamente non invasivo non possono essere considerati affidabili nei pazienti critici; la tecnologia finger-cuff può trovare probabilmente una più appropriata applicazione in sala operatoria o in ambito più prettamente medico. La metodica rimane fortemente vincolata da una corretta lettura del dato pressorio che ci è parso fortemente suscettibile a una serie di variabili fisiopatologiche e ambientali. Per quanto riguarda il sistema PRAM, in relazione alla misura del CO confrontata sia con la TTE che con il metodo della termodiluizione transpolmonare, la sua applicazione ci sembra possa trovare spazio nel paziente critico, fornendo all’intensivista informazioni fondamentali sull’assetto emodinamico senza rischi aggiunti. Resta la necessità di ampliare le popolazioni di studio relative ai pazienti emodinamicamente più instabili e a quelli affetti da fibrillazione atriale per poter confermare i nostri risultati. Il sistema PRAM è operatore-dipendente: richiede di essere utilizzato da personale esperto, in grado di valutare la corretta lettura dell’onda di pressione.

Introduzione: la sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) rappresenta il 10% di tutti i ricoveri in terapia intensiva e il 23% dei pazienti ventilati meccanicamente. Le cause più comuni di ARDS includono polmonite e sepsi. Ad oggi non esiste alcun trattamento per l'ARDS. Le cellule staminali mesenchimali (MSC) stanno emergendo come un trattamento promettente dell'ARDS per tre motivi: proprietà immunomodulatorie; antimicrobiche e di rigenerazione tissutale. Uno dei motivi per cui le MSC non sono ancora utilizzate nella terapi dell’ARDS in clinica è dovuto alla variabilità di risposta biologica. Un potenziale strategia per ottimizzarne l’azione è la preattivazione per-trattamento. Ad oggi, non sono disponibili informazioni sul ruolo delle MSC nel trattamento delle ARDS polmonare indotta da batteri Gram +. S. aureus è un batterio Gram + associato a più del 40% di casi di polmonite nosocomiale e con tassi di mortalità>50%. Obiettivi 1. Caratterizzare l'espressione delle citochine delle MSC da cordone ombelicale (UC) e il ruolo del loro mezzo di coltura su una linea cellulare monocitica umana; 2. stabilire un nuovo modello di polmonite batterica gram + usando un ceppo di S. aureus da isolato umano; valutare 3. il potenziale ruolo terapeutico di UC-MSC con e senza preattivazione ​​(serie 1) e 4. di UC-MSC preattivate a basso dosaggio (serie 2) nel trattamento di ARDS indotta da S. aureus nel ratto. Metodi: Gli esperimenti in vitro hanno quantificato il profilo pro/antiinfiammatorio delle citochine derivanti da UC-MSC naïve e preattivate con citomix (TNF-α; IL-1β; e IFN- γ [50 ng / mL ciascuno]) tramite ELISA. Modelli di lesione cellulare in vitro sono stati sviluppati. Cellule THP-1 sono state trattate con mezzo di coltura da MSC per determinarne l'espressione e l'effetto sulla fagocitosi. Ratti (Sprague Dawley) maschi adulti sono stati utilizzati per gli esperimenti. Gli animali sono stati sottoposti a instillazione intratracheale di S. aureus Newman per indurre la ARDS polmonare. Nella serie 1, gli animali sono stati randomizzati, entro 2 ore dall'infezione, alla somministrazione endovenosa di: (1) veicolo (soluzione salina tamponata con fosfato (PBS)); (2) 1x107 / kg di UC-MSC; e (3) 1x107 / kg di UC-MSC pre-attivati ​​per 24 ore. Nella serie 2, abbiamo randomizzato gli animali alla somministrazione endovenosa di: (1) veicolo (soluzione salina tamponata con fosfato (PBS)); (2) 2x106 / kg e (3) 5x106 / kg di UC-MSC pre-attivate per 24 ore con citomix (TNF-α; IL-1β; e IFN- γ [50 ng / mL ciascuno]). I confronti tra i gruppi sono stati testati per le differenze nella carica batterica e nella conta dei globuli bianchi nel lavaggio broncoalveolare (BAL) e in parametri fisiologici a 48h dal danno.
Risultati: le cellule preattivate esprimono un profilo pro/antiinfiammatorio differente rispetto alle UC-MSC naïve in vitro. L'instillazione endotracheale di S. aureus Newman ha indotto il primo modello di ARDS nel ratto usando un tale ceppo batterico. Le UC-MSC naïve hanno trattato parzialmente la lesione polmonare. Al contrario, la preattivazione di UC-MSC con cytomix per 24 ore ha permesso di aumentare significativamente la clearance batterica, ridurre gli infiltrati di cellule polmonari e migliorare l'ossigenazione (PaO2/FiO2 medio>300 (FiO2=1) (serie 1). Questi risultati sono stati confermati nella serie 2, in cui le UC-MSC preattivate hanno dimostrato il loro ruolo terapeutico nella attenuazione dell'ALI anche a basse dosi (2x106/kg).
Conclusioni: la terapia con UC-MSC preattivate ​ ha ridotto la gravità dell'ARDS indotta da S. aureus anche a bassa dose di 2x106 / kg come visibile dalla riduzione della carica batterica e degli infiltrati di cellule infiammatorie polmonari e migliorando compliance respiratoria e ossigenazione arteriosa. L'uso di UC-MSC pre-attivate ​​può rappresentare un trattamento potenzialmente rilevante nell’ARDS polmonare indotta da gram+.
Introduction: Acute respiratory distress syndrome accounts for 10% of all ICU admissions and 23% of all mechanically ventilated patients. The most common causes of ARDS include pneumonia and sepsis. There remains currently no specific treatment for ARDS. Mesenchymal stem cells (MSCs) are emerging as a promising strategy for the treatment of ARDS for three main reasons: immune-modulatory properties, anti-microbial effects and tissue regeneration capabilities. With all of these listed qualities, why aren’t MSCs a current therapy in patients with ARDS? One reason for this, is that MSCs present a strong biological variability in-vivo. A possible approach to overcoming this in-consistency in the potential of MSCs is to prime them before administration. No information is available on the role of MSCs in the treatment of pulmonary ARDS induced by Gram positive bacteria. Staphylococcus aureus Newman is a clinically relevant Gram positive bacterium which is associated with >40% health care pneumonia cases and with mortality rates of >50%. Objectives 1. To characterize the cytokine expression of umbilical cord (UC) MSCs and the role of conditioned media on a human monocytic cell line; 2. to establish a new model of gram positive bacterial pneumonia using a clinically relevant strain of S. Aureus from a human isolate; to evaluate 3. the potential therapeutic role of naïve and preactivated UC-MSCs (Series 1) and 4. of low dose preactivated UC-MSCs (Series 2) freshly harvested from culture in the treatment of acute lung injury in a new model of Rodent S. aureus–induced ARDS. Methods: Cellular assays involved cytokine expression of naïve and preactivated UC-MSCs with cytomix (TNF-α; IL-1β; and IFN- γ [50 ng/mL each]) was measured using ELISA. In-vitro chemical and inflammatory injury assays were carried out. THP-1 cells were treated with conditioned media from primed and naïve MSCs to determine cytokine expression and effect on percentage phagocytosis. Adult male Sprague Dawley rats were used for in-vivo experiments. Animals underwent intratracheal instillation of S. aureus Newman to induce pulmonary ARDS. In series 1, animals were randomized, within 2 hours post infection, to intravenous administration of: (1) vehicle (phosphate buffered saline (PBS)); (2) 1x107/kg fresh UC-MSCs; and (3) 1x107/kg fresh UC-MSCs preactivated for 24 hours. In series 2, we randomized animals, within 2 hours post infection, to intravenous administration of: (1) vehicle (phosphate buffered saline (PBS)); (2) 2x106/kg and (3) 5x106/kg fresh UC-MSCs preactivated for 24 hours with cytomix (TNF-α; IL-1β; and IFN- γ [50 ng/mL each]). Comparisons among the groups were tested for differences in bacterial load and white blood cell count in the bronchoalveolar lavage (BAL), and arterial oxygenation after 48 hours. Results: Primed UC-MSCs variably expressed a different pro/anti-inflammatory profile compared to naïve UC-MSCs in vitro. Endotracheal instillation of S. aureus Newman induced the first model of ARDS in rats using such a bacterium strain. Fresh naïve UC-MSCs did not treat the lung injury. In contrast, the preactivation of fresh UC-MSCs with cytomix for 24 hours allowed to significantly increase the pulmonary bacterial clearance, reduce the lung cell infiltrates and to improve oxygenation with an average PaO2/FiO2 ratio above 300 at an FiO2 of 1.0 (series 1). These results were confirmed in series 2, where preactivated UC-MSCs demonstrated their therapeutic role in the decrease of ALI even at the low dose of 2x106/kg. Conclusions: Fresh preactivated UC-MSCs therapy decreased the severity of S. aureus induced ARDS even at the low dose of 2x106/kg by the reduction of bacterial load and white blood cell infiltrates into the lungs, and leading to the increase of arterial oxygenation. The use of preactivated UC-MSCs may represent a potential clinically relevant treatment of acute lung injury in patients with gram positive induced ARDS.

I due temi trattati nella mia tesi di dottorato sono strettamente correlati alle mie esperienze professionali. Infatti, ho trascorso il primo periodo presso l'Università degli Studi di Milano-Bicocca nel laboratorio di terapia intensiva preclinica diretto dal Prof. Giacomo Bellani, dove il mio lavoro si è concentrato nello studio della disfunzione diaframmatica a seguito di ventilazione meccanica (VIDD); in particolare, nello studio di efficacia di un trattamento terapeutico con Angiotensina-(1-7) in un modello VIDD di ratto. Nella seconda parte del mio corso di dottorato, ho avuto la possibilità di svolgere un’esperienza presso l'Università della Pennsylvania per condurre una ricerca simile ma riguardante la progressione del danno polmonare. Nel laboratorio di anestesia del Prof. Maurizio Cereda, lo scopo principale è stato quello di indagare e valutare gli effetti della pronazione in un modello ARDS di grande animale. La disfunzione diaframmatica e lo stress polmonare durante la ventilazione meccanica sono condizioni gravi che riducono gli outcomes positivi e il successo nell’estubazione dei pazienti in terapia intensiva. La disfunzione diaframmatica indotta dal ventilatore (VIDD) è un evento comune durante la ventilazione meccanica (MV) che porta a una rapida atrofia muscolare e disfunzione contrattile. Il primo studio nella mia tesi è stato progettato per valutare gli effetti del trattamento con Ang-(1-7) in un modello di ratto di VIDD. La VM ha determinato una significativa riduzione della contrattilità diaframmatica in tutti i gruppi trattati. I ratti trattati con Ang-(1-7) hanno mostrato un'area della sezione trasversale delle fibre muscolari più alta e livelli inferiori di mRNA di Atrogin-1 e Myogenin, rispetto al trattamento con Veicolo. Il trattamento con gli antagonisti di Mas e AT2R ha causato una significativa riduzione della contrattilità muscolare e un aumento dei livelli di mRNA di Atrogin-1 e MuRF-1, senza influenzare l'area delle fibre della sezione trasversale e i livelli di mRNA di Myogenin. Possiamo quindi concludere che la somministrazione sistemica di Ang- (1-7) durante la VM esercita un ruolo protettivo sulle fibre muscolari del diaframma preservando l'anatomia delle fibre muscolari riducendo l'atrofia. Il coinvolgimento di Mas e AT2R nel meccanismo d'azione di Ang- (1-7) rimane ancora controverso. Non è noto come la progressione del danno polmonare durante la ventilazione meccanica modifichi le risposte polmonari al posizionamento prono. Lo scopo del secondo lavoro della mia tesi è stato confrontare l'efficacia della pronazione sull'aerazione polmonare regionale nelle fasi tardive e iniziali del danno polmonare utilizzando un modello di maiale di ARDS. I risultati principali hanno riportato che lo scambio di gas e la meccanica respiratoria sono peggiorati nell'arco delle 24 ore, indicando la progressione del danno indotto dal ventilatore. Il giorno 1, il posizionamento prono ha rigonfiato il 18,9 ± 5,2% della massa polmonare nelle regioni polmonari posteriori-caudali. Al giorno 2, la re-inflazione dorsale associata alla posizione è stata ridotta a 7,3 ± 1,5% (P <0,05). La pronazione ha diminuito l'aerazione nei polmoni anteriori in entrambi i giorni. Nei primi pazienti con ARDS, la ventilazione in posizione prona ha migliorato la compliance polmonare posteriore, ma non ha avuto effetti nei soggetti con ARDS in ritardo. Nel complesso, gli effetti della pronazione sull'aerazione polmonare possono dipendere dallo stadio del danno polmonare e dalla durata della ventilazione; ciò può limitare l'efficacia clinica di questo trattamento se applicato in ritardo.
The two topics covered in this work are strictly correlated to the professional experiences. Particularly, I spent the first period at the University of Milan-Bicocca in the preclinical ICU laboratory directed by Prof. Giacomo Bellani, where my work has been focused on the diaphragm dysfunction during a mechanical ventilation (VIDD); in particular, in the effectiveness study of a therapeutical treatment with Angiotensin-(1-7) in a rat model of VIDD. In the second part of my PhD course, I had a chance to rotate at the University of Pennsylvania to conduct a similar research but in the progression of lung injury. In the anesthesia laboratory of Prof. Maurizio Cereda, the main purpose has been investigating and evaluating the effects of pronation in a large model of ARDS. Diaphragmatic dysfunction and pulmonary stress during mechanical ventilation are serious conditions that reducing positive outcomes and weaning successful in ICU patients. Ventilator-induced diaphragmatic dysfunction (VIDD) is a common event during mechanical ventilation (MV) leading to rapid muscular atrophy and contractile dysfunction. The first study in my thesis was designed to evaluate the effects of the treatment with Ang-(1-7) in a rat model of VIDD. MV resulted in a significant reduction of diaphragmatic contractility in all groups of treatment. Ang-(1-7)-treated rats showed higher muscular fibers cross sectional area and lower Atrogin-1 and Myogenin mRNA levels, compared to Vehicle treatment. Treatment with the antagonists of Mas and AT2R caused a significant reduction of muscular contractility and an increase of Atrogin-1 and MuRF-1 mRNA levels, not affecting the cross sectional fiber area and Myogenin mRNA levels. Systemic Ang-(1-7) administration during MV exerts a protective role on the muscular fibers of the diaphragm preserving muscular fibers anatomy and reducing atrophy. The involvement of Mas and AT2R in the mechanism of action of Ang-(1-7) still remains controversial. It is not known how lung injury progression during mechanical ventilation modifies pulmonary responses to prone positioning. The aim of the second work of my thesis was compared the efficacy of prone positioning on regional lung aeration in late vs. early stages of lung injury using a pig model of ARDS. The main findings reported that gas exchange and respiratory mechanics worsened over 24 hours, indicating ventilator-induced injury progression. On Day 1, prone positioning reinflated 18.9 ± 5.2% of lung mass in the posterior-caudal lung regions. On Day 2, position-associated dorsal reinflation was reduced to 7.3 ± 1.5% (P<0.05). Prone positioning decreased aeration in the anterior lungs on both days. In the early ARDS patients, prone positioning improved posterior lung compliance, but it had no effect in late ARDS subjects. Overall, the effects of prone positioning on lung aeration may depend on the stage of lung injury and duration of ventilation; this may limit the clinical efficacy of this treatment if applied late.

Introduction Intraoperative blood transfusions are associated with adverse liver transplantation outcomes and lower patient survival rates. Standard recommendations and guidelines on blood transfusions in liver transplantation are lacking, and a large part of the literature tried to identify risk factors of intraoperative bleeding and blood loss. In the present study a retrospective analysis of the factors correlated to blood loss and transfusion requirements during liver transplanation was performed. Materials and Methods Pre, intra and post operative recipient variables and donor data were reviewed in relation to intraoperative blood loss and blood transfusions in 227 liver transplantations performed between 2005-2009 at Karolinska University Hospital, Huddinge, Stockholm in adult patients. Results A major indication for liver transplantation was cirrhosis (35%), followed by tumours (27%) and cholestatic diseases (15%). Transplants for Familial Amyloid Polineuropathy were performed in 13% of cases. There was no difference over the years in relation to intraoperative blood loss and the need for blood transfusions. The percentage of liver transplants performed with cava preservation (piggyback technique) increased significantly over the years. Parallel to this, the use of intraoperative veno-venous bypass has been progressively reduced over time. None of these variables is clearly correlated to intraoperative bleeding and transfusion requirements. Warm Ischemia Time (overall median 55 ± 44 minutes; range 20-605 minutes, n=200) showed a significant decrease over time. A significant reduction of post-transplant diabetes mellitus and postoperative Red Blood Cells (RBC) unit transfusions was observed. In univariate analysis a shorter waiting list time, the Child-Pugh score, the MELD (Model for End Stage Liver Disease) score, the duration of surgery, the Cold Ischemia Time (CIT), lower preoperative haemoglobin value, lower preoperative platelets count, higher preoperative INR value, higher preoperative bilirubin level, higher preoperative urea and creatinine value and lower preoperative albumin levels are correlated to intraoperative blood loss and blood transfusions. Intraoperative bleeding and RBC/Plasma transfusions are associated with longer stays in the intensive care unit (ICU) and longer post-transplant hospitalization, the need for post-transplant transfusions and episodes of post-transplant gastrointestinal bleeding. Intraoperative blood loss and transfusions are correlated to platelets transfusions at 24 hours and during the first month post-transplant. In the multivariate analysis only cold ischemia time, low preoperative haemoglobin level, low preoperative platelets count, low preoperative albumin, high preoperative INR value and preoperative creatinine are correlated to intraoperative bleeding and transfusion requirements. Child-Pugh score and MELD score are not predictive factors of intraoperative bleeding and transfusions. Anamnesis of previous bleeding and pre-transplant hospitalization are good predictors of higher intraoperative blood loss and of the need for blood product transfusions. No correlation was found between previous abdominal surgery and intraoperative bleeding. Among pre-transplant patients’ characteristics only the presence of hepatorenal syndrome is associated with intraoperative blood loss and transfusion requirements. Patients with intraoperative bleeding of more than 5 litres have a survival rate of 70% at 7 years post-transplant, whilst patients with a intraoperative bleeding inferior to 5 litres have a survival rate of 84% (p<0,05). Patients transfused with more than 12 Red Blood Cells Units have a survival rate of 67% at 7 years post-transplant, whilst patients receiving an amount of less than 12 Red Blood Cells Units have a survival rate of 81% (p<0,05). Conclusions Low preoperative haemoglobin value is the strongest predictor of intraoperative blood loss and transfusions. Anamnesis of previous bleeding, hepatorenal syndrome, pre-transplant hospitalization, cold ischemia time, low preoperative platelets count, high preoperative INR value, preoperative bilirubin, creatinine and albumin are good predictors of intraoperative bleeding and transfusions. Only intraoperative bleeding has an impact on patient survival and a cut-off level of intraoperative bleeding of 5 litres and 12 RBC units transfusions was shown to have an impact on patients’ survival. As a result of the study local recommendations for blood transfusions in liver transplantation at Karolinska University Hospital will be discussed.
Introduzione Trasfusioni intraoperatorie di derivati del sangue sono associate ad un peggiore esito del trapianto epatico e a una ridotta sopravvivenza dei pazienti. In assenza di raccomandazioni standard e di linee guida riguardanti le trasfusioni di derivati del sangue in corso di trapianto epatico, una gran parte della letteratura ha cercato di identificare i fattori di rischio di perdite ematiche e sanguinamento intraoperatorio. Nel presente studio è stata eseguita una analisi retrospettiva dei fattori correlati al sanguinamento intraoperatorio e alla richiesta transfusionale in corso di trapianto epatico. Materiali e Metodi Variabili pre, intra e post operatorie relative al ricevente e variabili relative al donatore sono state raccolte e analizzate in relazione alle perdite ematiche intraoperatorie e alle trasfusioni di derivati del sangue in 227 trapianti epatici eseguiti tra il 2005 e il 2009 in pazienti adulti presso l’Ospedale Universitario Karolinska, Huddinge, Stoccolma. Risultati La principale indicazione per il trapianto epatico è stata la cirrosi epatica (35%), seguita dai tumori (27%) e dalle patologie colestatiche (15%). I trapianti a causa della Polineuropatia Familiare Amiloidotica (FAP) sono stati eseguiti nel 13% dei casi. Non sono state osservate differenze in relazione alle perdite ematiche intraoperatorie e alla necessità di trasfusioni ematiche. La percentuale dei trapianti epatici eseguiti con la tecnica di preservazione cavale (tecnica piggyback) è aumentata significativamente nel corso degli anni. Di riflesso, l’utilizzo del by-pass venoso intraoperatorio si è progressivamente ridotto nel tempo. Nessuna di queste variabili è tuttavia correlata all’entità delle perdite ematiche intraoperatorie né alle necessità trasfusionali. Il tempo di ischemia calda (WIT) (mediana, complessiva, 55 ± 44 minuti; intervallo 20-605 minuti, n=200) ha registrato una significativa riduzione nel tempo. Una significativa riduzione è stata inoltre identificata nella diagnosi di diabete mellito post-trapianto e nella trasfusione di emazie concentrate nel post-operatorio. Nell’analisi univariata sono stati trovati essere correlati all’entità delle perdite ematiche intraoperatorie e delle trasfusioni ematiche un ridotto tempo di attesa in lista per il trapianto epatico, il punteggio Child-Pugh, il punteggio MELD (Model for End Stage Liver Disease), la durata dell’ intervento chirurgico, il tempo di ischemia fredda (CIT), un ridotto livello pre-operatorio di emoglobina, una ridotta conta piastrinica preoperatoria, un livello preoperatorio di INR più alto, un valore preoperatorio di bilirubina più alto, un maggiore valore preoperatorio di urea e creatinina e un ridotto valore preoperatorio di albumina. Le perdite ematiche intraoperatorie e le trasfusioni di emazie concentrate e di plasma sono associate ad un prolungato ricovero post-operatorio in rianimazione e ad una più prolungata ospedalizzazione post-trapianto, alla necessità di trasfusioni ematiche post-operatorie e ad episodi di sanguinamento del tratto gastrointestinale. Le perdite ematiche intraoperatorie e le necessità trasfusionali sono correlate alla trasfusione post-operatoria di concentrati piastrinici nelle 24 ore e durante i primi 30 giorni post-trapianto. Nell’analisi multivariata, solo il tempo di ischemia fredda, un basso livello preoperatorio di emoglobina, una ridotta conta piastrinica preoperatoria, un basso livello preoperatorio di albumina, un elevato INR e un alto valore preoperatorio di creatinina sono correlati alle perdite ematiche intraoperatorie e alle necessità trasfusionali. I punteggi di Child-Pugh e MELD non sono fattori predittivi di sanguinamento intraoperatorio e delle trasfusioni intraoperatorie. Un’anamnesi positiva per un precedente sanguinamento, come pure l’ospedalizzazione pre-trapianto, sono buoni fattori predittivi di maggiori perdite ematiche e della conseguente necessità di trasfusioni ematiche intraoperatorie. Nessuna correlazione è stata trovata tra pregressa chirurgia addominale e perdite ematiche intraoperatorie. Tra le caratteristiche pre-operatorie dei riceventi, solo la presenza di sindrome epatorenale è associata al sanguinamento intraoperatorio e alla necessità di trasfusioni ematiche. Pazienti con un sanguinamento intraoperatorio maggiore di 5 litri hanno una sopravvivenza del 70% a 7 anni post-trapianto, mentre pazienti con un sanguinamento inferiore ai 5 litri hanno una sopravvivenza dell’84%. Pazienti trasfusi con più di 12 unità di emazie concentrate hanno una sopravvivenza del 67% a 7 anni dal trapianto, mentre pazienti che siano stati trasfusi con meno di 12 unità di emazie concentrate hanno una sopravvivenza dell’81%. Conclusioni Un basso valore di emoglobina pre-trapianto è il fattore predittivo più forte del sanguinamento intraoperatorio e della necessità di trasfusioni ematiche intraoperatorie. Un’anamnesi di pregressi episodi di sanguinamento, sindrome epatorenale, ospedalizzazione pretrapianto, il tempo di ischemia fredda, una ridotta conta piastrinica preoperatoria, un elevato valore di INR preoperatorio come pure alti livelli di bilirubina, creatinina e urea e bassi valori di albumina sono buoni fattori predittivi delle perdite ematiche intraoperatorie e della necessità di trasfusioni ematiche intraoperatorie. Solo le perdite ematiche intraoperatorie hanno un impatto sulla sopravvivenza dei pazienti e un limite di 5 litri e 12 unità di emazie concentrate transfuse ha dimostrato di avere un impatto sulla sopravvivenza dei pazienti. Come risultato dello studio, all’ Ospedale Universitario Karolinska saranno discusse linee guida locali riguardanti le trasfusioni ematiche in corso di trapianto epatico.

Monitorare il microcircolo nel paziente critico offre un approccio più fisiologico alla loro gestione: un microcircolo alterato, quale causa primaria di ipoperfusione tissutale e disfunzione d’organo dovrebbe rappresentare il target dei trattamenti, specialmente quando il ripristino delle variabili emodinamiche standard sembra essere insufficiente a migliorare l’outcome. Nonostante questo enorme potenziale, esso resta ancora solamente uno strumento di ricerca. Questo lavoro, una raccolta di alcuni articoli di ricerca, è stato condotto nel tentativo di avvicinare la ricerca alla pratica clinica. Lo studio di validazione della tecnologia di terza generazione per l’imaging del microcircolo, l’Incident Dark Field illumination (IDF), fornisce il confronto con il gold standard. È stata poi posta l’attenzione sulle difficoltà tecniche di acquisizione di imaging adeguato del microcircolo e sull’ impatto sull’interpretazione dei dati, con particolare riguardo all’esperienza dell’operatore e alla collaborazione del paziente. Il core del progetto è rappresentato dal MicroDAIMON, uno studio prospettico osservazionale sul monitoraggio giornaliero del microcircolo nel paziente critico che fornisce uno dei più ampi database esistenti e che ha mostrato l’associazione tra alterazioni del microcircolo al baseline e outcome. Il monitoraggio è stato eseguito anche con Near InfraRed Spectroscopy su muscolo scheletrico con test di occlusione vascolare, per valutare la reattività dinamica del microcircolo ad un insulto ischemico e la sua capacità di riserva. Un’analisi di sottogruppo ha incentrato l’attenzione sul paziente politraumatizzato, mostrando che la persistenza di un microcircolo alterato in presenza di variabili macro-emodinamiche ottimizzate può predire un aumentato rischio di disfunzione d’organo. Infine, con uno studio open label, è stato valutato l’effetto della ketanserina sul microcircolo, cercando di fornire un approccio farmacologico alle alterazioni microcircolatorie.
Focusing microcirculation in critically ill patients offers a physiologic approach to their management: an impaired microcirculation, as the “motor” of tissues hypoperfusion and organ dysfunction, should represent the target of interventions, especially when the restoring of the standard macrohemodynamic variables appears to be insufficient to improve the patient outcome. Despite this huge potential, microcirculatory monitoring still remains a research tool. The present work, a collection of diverse research articles, was conducted trying to build a bridge between the research setting and the clinical practice. It includes the validation study of the third-generation technology for microcirculatory imaging, the Incident Dark Field illumination (IDF), providing a comparison with the gold standard. Moreover, it gives a deep insight on the technical issues in collecting appropriate imaging and on their impact on the data interpretation, focusing the attention on the operator experience and patient’s cooperation. The core of the project is represented by the MicroDAIMON, a prospective observational study with one of the largest databases of microcirculatory data in critically ill patients to date: it shows the association between microcirculatory abnormalities at the baseline and mortality. Daily monitoring was also performed with Near InfraRed Spectroscopy of skeletal muscle associated to a vascular occlusion test in order to evaluate the dynamic response and reserve capacity of the microcirculation to an ischemic disturbance. A subgroup analysis, focuses the attention on trauma patients, showing that the persistence of microcirculatory abnormalities in presence of normalized macro-hemodynamic variables could predict a major risk of development of organ dysfunction. Finally, with an open label pilot study, the effect of ketanserin in recruiting a dysfunctional microcirculation was investigate, trying to propose a pharmacologic approach to microcirculatory abnormalities.

Introduzione: La ”Patient-tailored therapy” è un approccio terapeutico al paziente critico che prevede di utilizzare al meglio le evidenze scientifiche della Evidence Based Medicine, caratterizzando però ogni singolo paziente, allo scopo di utilizzare le terapie di seconda linea solo qualora specificatamente indicate. Metodi: Nel contesto della patient-tailored therapy il monitoraggio bedside del microcircolo sublinguale potrebbe avere un ruolo importante. Questo lavoro riporta una serie di studi clinici atti a contestualizzare il monitoraggio del microcircolo sublinguale nella pratica clinica quotidiana della terapia intensiva, evidenziandone problemi aperti e recenti evoluzioni. Sono quindi descritti i risultati di alcuni studi clinici che valutano la risposta del microcircolo a singoli trattamenti, la relazione con markers e biomarkers. Risultati: Questo lavoro vuole individuare stato dell’arte, prospettive future e limiti del monitoraggio bedside del microcircolo nel contesto di patient-tailored therapy. Conclusioni: Una migliore caratterizzazione del paziente critico, che includa il monitoraggio del microcircolo subliguale, potrebbe aprire la strada ad un filone di ricerca scientifica specifico e a risvolti terapeutici estremamente interessanti.
This manuscript describes the new concept of "Patient-tailored therapy" and the possible and doable role of microvascular monitoring in critical care patients. The patient-tailored approach combines the EBM (Evidence Base Medicine) provided by international guidelines with a more single-patient-focused attitude. In critical care patients microcirculation can be severely impaired, and if this derangement is not corrected, microcirculatory dysfunction can lead to respiratory distress in tissue cells and to subsequent organ injury. Therefore, bedside microvascular monitoring should be part of the careful characterization of our patients and of the patient-tailored approach in critical care.

The present thesis focuses on different strategies targeting the two main aspects of cardiac arrest (CA) treatment, namely: cardiopulmonary resuscitation interventions and post-resuscitation care. It includes both experimental and translational studies directed to improve hemodynamic support during CPR, to define pulmonary dysfunction related to CPR, and to improve post-resuscitation outcomes. 1. In this experimental study, we sought to investigate the hemodynamic support generated by a mechanical piston device or manual chest compression (CC) in a moving ambulance. The hypothesis on whether mechanical CC would improve systemic perfusion compared with manual CC was tested in a preclinical porcine model of out-of-hospital cardiac arrest. 2. The aim of this study was to systematically assess the presence of lung abnormalities associated with cardiopulmonary resuscitation- and to evaluate whether mechanical and manual chest compression could play a different role in their development. The hypothesis was tested in a translational study including 1) a porcine model of CA, and 2) a retrospective multicenter observational cohort study of non-traumatic out-of-hospital CA patients with a lung CT scan at hospital admission. 3. This study aimed to investigate the specific pathophysiological role of kynurenine pathway (KP) activation on brain injury and outcomes after CA. We evaluated the effects of genetic deletion of the rate-limiting enzyme of the KP, indoleamine-2,3-dyoxygenase (IDO) on survival and neurological outcome after CA.
The present thesis focuses on different strategies targeting the two main aspects of cardiac arrest (CA) treatment, namely: cardiopulmonary resuscitation interventions and post-resuscitation care. It includes both experimental and translational studies directed to improve hemodynamic support during CPR, to define pulmonary dysfunction related to CPR, and to improve post-resuscitation outcomes. 1. In this experimental study, we sought to investigate the hemodynamic support generated by a mechanical piston device or manual chest compression (CC) in a moving ambulance. The hypothesis on whether mechanical CC would improve systemic perfusion compared with manual CC was tested in a preclinical porcine model of out-of-hospital cardiac arrest. 2. The aim of this study was to systematically assess the presence of lung abnormalities associated with cardiopulmonary resuscitation- and to evaluate whether mechanical and manual chest compression could play a different role in their development. The hypothesis was tested in a translational study including 1) a porcine model of CA, and 2) a retrospective multicenter observational cohort study of non-traumatic out-of-hospital CA patients with a lung CT scan at hospital admission. 3. This study aimed to investigate the specific pathophysiological role of kynurenine pathway (KP) activation on brain injury and outcomes after CA. We evaluated the effects of genetic deletion of the rate-limiting enzyme of the KP, indoleamine-2,3-dyoxygenase (IDO) on survival and neurological outcome after CA.

Attualmente i metodi di diagnosi prenatale esistenti, consentono di ottenere cellule fetali solamente mediante metodiche invasive che comportano un rischio sia per la madre che per il feto. La scoperta nel 1979 della presenza di cellule fetali circolanti nel sangue materno, ha aperto la strada per lo sviluppo di metodi non invasivi per l’identificazione di anomalie fetali. Tutti i metodi sviluppati fino ad oggi tuttavia sono risultati inefficienti nel garantire un adeguato numero di cellule fetali, essendo estremamente laboriosi, richiedendo molto tempo ed essendo operatori-dipendenti. Questo progetto ha lo scopo di sviluppare un metodo non invasivo per l’isolamento di singole cellule fetali dal sangue materno, per una analisi diretta dei cromosomi fetali. La prima parte è stata dedicata alla ricerca e test di diversi marcatori specifici per l’arricchimento e l’identificazione delle cellule fetali. Una volta messo a punto lo step di arricchimento, quest’ultimo è stato implementato e integrato in un worklow più ampio che prevedeva: prelievi di sangue da donne in gravidanza, arricchimento positivo magnetico, marcatura delle cellule fetali, isolamento come singole cellule e analisi genetica. Appena l’intero flusso è stato standardizzato abbiamo cominciato una valutazione clinica su donne in gravidanza. Al fine di determinare la percentuale di successo e il numero di cellule fetali per campione, un totale di 372 donne sono state reclutate e stratificate in base alla loro settimana gestazionale al momento del prelievo. Al meno una cellula fetale è stata isolata nel 90.7% dei casi prelevati tra la decima e undicesima settimana gestazionale, con un numero medio totale di 3.5 cellule fetali per paziente. Inoltre dati preliminari ottenuti da 131 donne che venivano sottoposte all’esame invasivo, hanno mostrato un alto livello di concordanza tra le cellule isolate singolarmente e analizzate con la nostra metodica e i risultati derivanti dall’esame diagnostico. Complessivamente, i risultati derivanti da questo studio, supportano la fattibilità clinica di un isolamento automatico e riproducibile delle cellule fetali circolanti ottenute in maniera non invasiva, da utilizzare per le analisi genetiche. Per questo motivo uno studio clinico di valutazione delle performance comincerà a breve su 1500 pazienti, reclutate in cinque diversi ospedali italiani. Obiettivi primari di questo studio saranno la valutazione delle performance in termini di sensibilità’ e specificità del metodo sviluppato, per il rilevamento delle aneuploidie fetali nelle gravidanze ad alto rischio. I risultati saranno comparati con i dati derivanti dalla diagnosi prenatale invasiva ottenuti dalle stesse donne che eseguiranno l’amniocentesi e la villocentesi. L’analisi comparativa determinerà i falsi postivi, falsi negativi, veri postivi e veri negativi del metodo sviluppato.
Current methods of prenatal diagnosis require fetal cells to be obtained through invasive procedures, risky for mother and fetus. The discovery of circulating fetal cells in 1979 and the possibility that these cells could be isolated from maternal blood during pregnancy was key to the development of alternative noninvasive approaches for identifying most fetal genetic abnormalities. All these methods result in a laborious, operator depending, time-consuming approach which until now it has not allowed to achieve a high and consistent purification of fetal cells. This project aims to develop a non-invasive method for the isolation of single fetal cells from maternal blood, for direct analysis of fetal chromosomes. The first part was dedicated to the research and testing of different specific markers for fetal cells enrichment and identification. Once optimized, the enrichment step was implemented to be automatic and integrated in a full workflow consisting of: pregnant women blood collection, positive magnetic enrichment, cell staining, single cell isolation and genetic analysis. As soon as the full workflow was standardized we started a clinical evaluation. To determine the success rate and number of trophoblast per sample, a total of 372 women were enrolled and stratified by gestational age at the time of blood collection. At least one fetal cell was isolated in 90.7% of the women sampled between 10-11 gestational weeks with an overall mean number of 3.5 recovered trophoblasts per patient. Furthermore, preliminary data from 131 women, showed a high concordance rate between isolated single trophoblastic cells and fetal karyotype for common trisomies and normal results deriving from gold standard invasive procedure. Overall, the results coming out from this study support the clinical feasibility of an automated and reproducible isolation of fetal cells for non-invasive prenatal genetic testing, well suited to the routine clinical practice. For this reason a clinical performance evaluation study will start soon, on 1500 patients, enrolled from five different Italian Hospital. Primary endpoints of the study will be the performance evaluation, in terms of sensitivity and specificity, of the developed workflow for fetal aneuploidies and segmental imbalances detection in a high-risk pregnancies population. Results will be compared with data resulting from invasive prenatal diagnosis for chromosomal abnormalities obtained on the same women presenting for hospital invasive procedure because classified from the physician as high risk pregnancy. The comparative analysis will determine the false positive, false negative, true positive, and true negative rates of the developed technology.

The nutritional support in orthopedic surgery is an unclear idea to date. In these years, the goal of this project has been to clarify what is meant by nutritional support in patients undergoing hip or knee replacement and spine surgery, demonstrating its value in relation to the perioperative path. This aim was pursued by applying a methodology of first studying the literature, then analyzing the setting, evidencing shortcomings, proposing management protocols, and verifying the effectiveness of nutritional strategies. The literature search highlighted the multiple phases that should be coordinated, including prehabilitation, perioperative, and postdischarge management. When applying optimization strategies, such as anemia correction, it may be necessary to examine the eating behavior and anticipate the metabolic responses according to the patient’s state of health. The predictive potential of hemoglobin on the clinical outcome in spine surgery has been investigated through retrospective analysis of existing data, suggesting the need to refine decision-making algorithms that identify the patients to be treated, underlining the importance of having high hemoglobin values in the preoperative period to have more chances of clinical success. Prospective observational studies confirmed that patients either after spine surgery or arthroplasty do not meet their needs for what concerns energy and proteins. It seems to be vital to redefine the tactics to promote early oral nutrition, counteract the depletion of body reserves, and acknowledge the impairment of the olfactory stimulus caused by anesthetic drugs. More transparent information on diet and nutrition should be conveyed to patients. The nutritional support program might include a healthy eating education that teaches the concepts of nutritional value, quantity, quality, and timing. Clear information on what to eat or not to eat before surgery must be accompanied by dietary advice also for postoperative recovery. New management proposals can integrate aspects of healthy eating education into a multimodal approach that includes advice on increasing physical activity and promoting night sleep. A risk management system inspired by the hazard analysis and critical control points system can be effectively applied before orthopedic surgery to manage malnutrition. The interventional trials proved that nutrient deficiencies, including those of vitamin D and iron, are common in the surgical population. Dietary supplements should be carefully selected for what concerns the pharmaceutical formula, as well as for the content of important cofactors that may be necessary to boost the metabolic response. Early cardiovascular effects can derive from correcting hypovitaminosis D with a liquid form of vitamin D, and promising data on enhancing preoperative hemoglobin values can derive from using a supplement containing iron and B vitamins. The future of perioperative medicine in orthopedic surgery should choose a pragmatic integration of dietary and nutritional aspects in orthopedics, thus possibly improving health performance and patient experience.

Questo elaborato di tesi ha l’intento di offrire una panoramica aggiornata incentrata sulla farmacologia della Cannabis e dei cannabinoidi per uso medico e di fornire ulteriori dati clinici circa il profilo di efficacia e sicurezza dei cannabinoidi nel trattamento del dolore cronico di tipo neuropatico.

Background. Aortic dissection is characterized by the partial detachment of the inner layer of aortic wall, leading to the creation of two different channels inside the aorta. Depending on the configuration of the dissection, the prognosis varies from elevated risk of lethal complications to stable course. However, the indication for treatment is not always univocal. Some uncomplicated type B dissections may present an increased risk profile and thus may benefit from early intervention. A thorough understanding of the case-specific three-dimensional shape is crucial in order to judge the prognosis and plan the procedure. Many studies have attempted to use the morphological features of the aorta to predict the evolution of uncomplicated dissections during follow-up. Objectives. The aims of this study are: to assess the state of the art of morphological predictors of adverse outcome in type B dissections; to better define the role of thoracic endovascular aortic repair (TEVAR) for uncomplicated dissections in current clinical practice; to explore the feasibility of applying novel computational technologies in the the study of the vascular morphology. Methods and results. A systematic review of the literature on morphological predictors of aortic growth and adverse events in type B dissection was carried out. Results in terms of outcome prediction are varied and sometimes conflicting. Data from the most important international registries on aortic dissection were analysed. Outcomes of uncomplicated patients treated by best medical therapy alone were compared to the ones of best medical therapy associated with TEVAR. Then an analysis of patients treated with TEVAR for complicated versus uncomplicated type B aortic dissection was carried out. Finally, advanced semi-automated segmentation algorithms have been applied to computed tomography-angiography imaging of aortic disease in order to extract the three-dimensional shape of aortic lumen. This allowed to produce patient-specific models of aortic disease in a transparent rigid resin through Vat-photopolymerization technique. These models were used for preoperative rehearsal of complex cases by the treating surgeons and to improve the spatial understanding of aortic disease by the surgical trainees and medical students. Conclusion. Analysis of vascular imaging through computational techniques, including 3D printing, is feasible and will likely pave the way for novel approaches of outcome prediction in aortic dissection.