• catatterizzazione
• PICC
• prove di trazione
• test DMTA

Introduzione
Il presente lavoro di tesi si propone come la prosecuzione di un precedente studio sulla caratterizzazione chimico-fisica di Peripherally Inserted Central Catheters (PICC) condotto nell’ambito di una ricerca svolta dal DICI in collaborazione con il Dipartimento di Terapia Antalgica dell’ospedale S.Chiara di Pisa. Mentre lo studio precedente era focalizzato sulle caratteristiche in condizioni ex-novo, il contributo della presente tesi è stato investigare le risposte meccaniche di 8 tra i principali prodotti presenti sul mercato in condizioni “in-vivo like”. Lo scopo dell’attività di ricerca è di fornire al personale medico dei dati oggettivi che permettano di definire i limiti di un prossimo bando che riguarderà gli oggetti in questione.
I PICC sono cateteri venosi centrali ad inserimento periferico, utilizzati per pazienti in terapia intensiva o sottoposti a trattamenti sanitari a medio termine (possono essere mantenuti in sede da poche settimane fino ad un massimo di 6 mesi). Si tratta di cateteri destinati ad un utilizzo sia continuo che discontinuo e sia intra che extra ospedaliero e servono per somministrazione endovenosa di terapie farmacologiche (sono usati soprattutto in ambito oncologico per infusione di farmaci chemioterapici).
L’ambiente fisiologico è stato simulato mediante l’ammollo dei segmenti di catetere in due diversi fluidi per un arco di tempo di 1 e 3 mesi (6 mesi in corso d’opera) tipico dei trattamenti sanitari a medio termine; i liquidi in questione sono Ringer Lattato (soluzione che simula il contatto con il sangue) e una Soluzione di Etanolo (con percentuale analoga a quella dei farmaci chemioterapici).
Piano delle prove
I PICC in esame, che appartengono a diverse case produttrici, sono in poliuretano con design monolume. Presentano tutti stesso diametro esterno di 5 Fr (1Fr~3.33 ̅10^(-4) m) ma differiscono per lo spessore.
L’attività di ricerca si è articolata in varie fasi, prima tra tutte la scelta in accordo con il personale medico delle caratteristiche da indagare e una serie di prove che ne permettessero l’individuazione: quali trazione e rilassamento in temperatura, DMTA e swelling.
Nella fase di preparazione dei campioni, mantenimento delle condizioni corporee e delle prove stesse sono state affrontate diverse problematiche:
1.Ottimizzazione della gestione del materiale a disposizione (limitato a causa del costo dei PICC) in relazione a tutti i test previsti; per questo motivo i cateteri sono stati suddivisi in segmenti ognuno dei quali destinato ad una prova diversa.
2.Scelta di un calendario di immersione che conciliasse le tempistiche di esecuzione delle prove con il periodo di incubazione tenendo conto dell’elevato numero di test da effettuare (Trazione: 8PICC x 2Soluzioni x 3PeriodiImmersione x 2Prove= 96; DMTA: 8PICC x 2Soluzioni x 3PeriodiDiImmersione x 1Prova = 48) e che alcuni di questi dovevano essere fatti sul campione wet (appena prelevato dall’incubazione).
3.Scelta di un metodo economico che permettesse si mantenere i campioni a temperatura corporea per un periodo prolungato; è stata usata una covauova.
4.Disinfezione dei campioni manipolati in ambiente non sterile prima dell’immersione per eliminare il rischio di contaminazioni durante l’incubazione; a questo scopo sono servite prove preliminari che hanno permesso la validazione di una procedura di disinfezione con microonde che non comportasse il raggiungimento di temperature critiche tali da compromettere i provini (4 cicli da 2 min alla potenza di 700W).
5.Scelta di un metodo di asciugatura per il campione da sottoporre alla DMTA, per la quale non sono accettabili residui di fluido che potrebbero compromettere significativamente il materiale visto l’ampio range di temperatura nel quale avviene la prova; si è scelto di utilizzare un getto l’aria ultrapura per eliminare le tracce di liquido dal lume interno del PICC.
6.Esecuzione delle prove di trazione e rilassamento in temperatura; si è usato un fornetto composto da resistenze collegate ad un erogatore di tensione ed una termocoppia per effettuare il controllo manuale della temperatura.
Alla luce di queste accortezze è stato sviluppato un protocollo al quale sono stati sottoposti tutti i campioni:
1.Taglio cateteri
2.Rilievo della sezione e pesatura pre-immersione
3.Disinfezione, imbottigliamento e incubazione
4.Asciugatura
5.Rilievo della sezione e pesatura post-immersione
6.Prova di trazione e rilassamento (due velocità di deformazione)
7.Test DMTA
8.Swelling della massa
Si inoltre è decisa una procedura di elaborazione dei dati per ricavarne le informazioni d’interesse, in particolare:
1.Si è sviluppato un codice Matlab basato sul circle fit ed elliptic fit tramite il quale si è calcolato la sezione di ogni PICC a partire da un’immagine fotografica effettuata con il microscopio elettronico.
2.Sempre mediante Matlab si è elaborato e filtrato i dati ottenuti dall’ESAT (macchinario utilizzato per la prova di trazione e rilassamento) al fine di generare le curve di trazione e di rilassamento e ricavare il modulo elastico dei campioni (tramite fitting lineare del primo tratto della curva σ-ε).
3.Un ulteriore codice Matlab è stato sviluppato per fittare le curve di rilassamento normalizzate ed ottenere cosi parametri caratteristici in grado di descrivere efficacemente le curve ottenute. Per questo fitting è stata utilizzata la funzione KWW dell’esponenziale stretchato (Equazione 1) che tra le tante si è rivelata essere la più affidabile.
σ/σ_max =Iexp^(-(t/τ)^β )+(1-I)
Risultati
Per quello che riguarda lo swelling si può notare che in tutti i casi si registra un incremento che rimane quasi sempre sotto al 2.5% ed è maggiore per i campioni immersi in Etanolo. Inoltre le variazioni registrate nel tempo di tale incremento possono essere trascurate, in quanto tutte sono dell’ordine di circa lo 0.5%, valore inferiore all’errore di misura stimato essere dell’1% (legato alle fluttuazioni riconducibili alla procedura di asciugatura).
Si è inoltre misurata la massa dei campioni a 24h di distanza dalla riemersione e si è visto essa torna al valore pre-immersione, questo fa si che si possa affermare che l’incremento di peso registrato è reversibile e che i fluidi e i materiali non reagiscono chimicamente.
Per quanto riguarda le prove di trazione ne sono state effettuate due su ogni provino con diversa velocità di deformazione (dε/dt=0.1ε⁄min e dε/dt=1ε⁄min) alla temperatura di 37°C fino al raggiungimento di ε=0.3, e sono state confrontate con le stesse effettuate nel precedente studio sul campione non immerso (campione di controllo) effettuate però a temperatura ambiente, per valutare se il fluido ha comportato un cambiamento nella rigidezza. Le prove di rilassamento sono state eseguite successivamente a quelle di trazione mantenendo il provino deformato del 30% per 60s.
In generale si può affermare che i campioni immersi in Ringer tendono ad essere più rigidi di quelli immersi in etanolo, e che la rigidezza post-immersione è sempre minore, questo è dovuto al fatto che la prova viene effettuata a temperatura maggiore.
Riguardo alle curve di rilassamento, quelle successive alla prova di trazione più lenta sono quasi perfettamente sovrapponibili, mentre il comportamento si differenzia a seguito della trazione più veloce. Sono stati individuati parametri che definiscono il la velocità di rilassamento nei primi istanti della prova e nel lungo periodo, in funzione della componente elastica e viscosa dei materiali.
Infine dai test DMTA è emerso quanto precedentemente accennato, ovvero che non vi è reazione tra i fluidi e i PICC; infatti le curve ottenute sono analoghe a quelle estratte dal campione di controllo (non immerso). Questa prova è stata effettuata mantenendo il campione deformato del 0.3% e applicandovi una deformazione sinusoidale di ampiezza ε=0.1% e frequenza f=1Hz, mentre la temperatura aumenta da -100°C÷80°C con una velocità di 2°C/min.
Conclusioni e Sviluppi Futuri
Questo studio ha avuto lo scopo di ottenere caratterizzazioni oggettive di 8 tra i principali PICC presenti sul mercato per facilitare il personale medico in una scelta consapevole per prodotto.
Alla luce dei dati ottenuti si può affermare con una buona confidenza che i cateteri in esame non reagiscono con i fluidi e che non si evidenziano sostanziali modifiche del comportamento meccanico dovuto al loro impianto e che l’Etanolo contenuto nei farmaci chemioterapici non rappresenta perciò una minaccia per l’integrità dei PICC.
Come già emerso nello studio precedente i prodotti in commercio si differenziano notevolmente l’uno dall’altro sia per quello che riguarda il materiale e il design che per la risposta meccanica, di conseguenza sta al personale medico valutare ogni volta quale sia il PICC più adatto ad un particolare paziente.
Tra le molte cause di fallimento di questi oggetti alcune risiedono nella fase di impianto, in futuro può essere perciò interessante andare a caratterizzare il PICC con il filo guida inserito.