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Un team di scienziati con sede negli Stati Uniti ha sviluppato un dispositivo auricolare non invasivo progettato per monitorare i cambiamenti nel flusso sanguigno e valutare il rischio di ictus di un paziente. Il dispositivo potrebbe facilitare il rilevamento dei primi segni di ictus, offrendo ai pazienti e ai medici un approccio diretto ed economico alla prevenzione dell’ictus.
L’ictus rimane la principale causa di morte e disabilità a lungo termine, colpendo ogni anno 15 milioni di persone in tutto il mondo. Coloro che sopravvivono spesso restano fisicamente e cognitivamente menomati.
Circa l’80% degli ictus si verifica quando un coagulo di sangue blocca un’arteria che trasporta il sangue al cervello (ictus ischemico).
In altri casi, un vaso sanguigno può rompersi e sanguinare nel cervello (ictus emorragico).
In entrambi i tipi di ictus, privati di ossigeno a causa della perdita di flusso sanguigno, milioni di cellule cerebrali muoiono rapidamente ogni minuto, causando disabilità devastanti e persino la morte.
Per quanto l’ictus sia debilitante, gli attuali metodi per valutare il rischio di ictus rimangono limitati.
I medici in genere utilizzano un questionario che valuta fattori come i dati demografici, i risultati degli esami del sangue e le condizioni mediche preesistenti per stimare il rischio di un paziente.
Sebbene esistano tecniche non invasive per rilevare i cambiamenti dopo l’insorgenza di un ictus, nel momento in cui si sospetta un ictus e i pazienti vengono portati d’urgenza al pronto soccorso, il danno critico potrebbe essere già stato fatto.
Di conseguenza, permane l’acuta necessità di strumenti in grado di monitorare e quantificare in modo proattivo il rischio di ictus prima che si verifichi un evento.
Dinamica del flusso sanguigno per il rischio di ictus
Cercando di colmare questo divario, in uno studio pubblicato su Biomedical Optics Express, un team di ricerca, guidato da Charles Liu della Keck School of Medicine presso la University of Southern California e Changhuei Yang del California Institute of Technology, ha sviluppato un dispositivo auricolare per monitorare i cambiamenti nel flusso sanguigno e nel volume del cervello mentre un paziente trattiene il respiro.
“L’ictus è essenzialmente un attacco cerebrale. Il mondo dell’ictus ha cercato di tracciare un parallelo tra un infarto e un attacco cerebrale”, spiega Liu.
“Quando hai una malattia cardiaca, in circostanze normali, come sederti sul divano o camminare verso la cucina, il tuo cuore può sembrare a posto. Ma se inizi a camminare in salita, potresti provare dolore al petto. Per le malattie cardiache, abbiamo il test da sforzo cardiaco. Durante questo test, un medico ti mette su un tapis roulant e monitora il tuo cuore con elettrocateteri ECG. Per l’ictus, non abbiamo un equivalente scalabile e pratico di un test da sforzo cardiaco”.
In effetti, trattenere il respiro stressa temporaneamente il cervello, in modo simile al modo in cui camminare in salita o correre su un tapis roulant stresserebbe il cuore in un test da sforzo cardiaco.
Durante la trattenuta del respiro, il volume e il flusso sanguigno aumentano in risposta a livelli più bassi di ossigeno e anidride carbonica più elevati.
A loro volta, i vasi sanguigni si dilatano per mitigare la pressione di questo aumento del flusso sanguigno.
Nei pazienti con un rischio di ictus più elevato, vasi sanguigni meno flessibili impedirebbero la dilatazione, causando cambiamenti distinti nella dinamica del flusso sanguigno.
I ricercatori hanno da tempo accesso a varie tecniche di imaging per misurare la dinamica del sangue nel cervello. Tuttavia, questi metodi sono spesso costosi, invasivi e poco pratici per lo screening di routine.
Per aggirare queste limitazioni, il team ha costruito un dispositivo composto da un diodo laser e una fotocamera che può essere posizionato sulla testa senza elementi ottici esterni, rendendolo leggero, portatile ed economico.
Il dispositivo trasmette la luce infrarossa attraverso il cranio e il cervello.
Una telecamera posizionata in un punto qualsiasi della testa cattura la luce trasmessa attraverso il cranio.
Tracciando quanto l’intensità della luce diminuisce mentre viaggia attraverso il cranio e nella fotocamera, il dispositivo può misurare le variazioni del volume del sangue.
Quando una sorgente di luce coerente come un laser si disperde su un campione in movimento (cioè sangue che scorre), crea un tipo di modello di interferenza granulare, noto come modello a macchie.
Questi schemi fluttuano mentre il sangue si muove attraverso il cervello: più veloce è il flusso sanguigno, più veloci sono le fluttuazioni.
Questa tecnica, chiamata spettroscopia ottica a contrasto speckle (SCOS), consente ai ricercatori di misurare in modo non invasivo la velocità del flusso sanguigno nel cervello.
I ricercatori hanno testato il dispositivo su 50 partecipanti, divisi in gruppi a basso e alto rischio sulla base di un calcolatore standard del rischio di ictus.
Durante un esercizio di apnea, hanno trovato differenze significative nei cambiamenti dinamici del sangue tra le persone ad alto rischio di ictus e quelle a basso rischio.
In particolare, il gruppo ad alto rischio ha mostrato una velocità del flusso sanguigno più veloce ma un volume inferiore di sangue in risposta alle richieste di ossigeno del cervello, suggerendo un flusso sanguigno limitato attraverso i vasi rigidi.
Nel complesso, questi risultati stabiliscono collegamenti fisiologici tra il rischio di ictus e le misurazioni della dinamica del sangue, evidenziando il potenziale della tecnologia per la diagnosi e la prevenzione dell’ictus.
Il futuro della prevenzione dell’ictus
Il team prevede di espandere questi studi a una popolazione più ampia per rafforzare la validità dei risultati. “Il nostro obiettivo è quello di sviluppare ulteriormente questo concetto per garantire che rimanga portatile, compatto e facile da usare senza richiedere tecnici specializzati. Riteniamo che il design sia scalabile, si allinei bene con la nostra visione di accessibilità, consentendo a comunità diverse e sottorappresentate di beneficiare di questa tecnologia”, afferma il co-autore principale Simon Mahler, uno studioso post-dottorato nel laboratorio Yang del Caltech.
I ricercatori mirano anche a integrare l’apprendimento automatico nell’analisi dei dati e a condurre studi clinici in ambito ospedaliero, testando l’efficacia del loro approccio nella prevenzione dell’ictus.
Sono anche entusiasti delle applicazioni del loro dispositivo in altre condizioni neurologiche, tra cui lesioni cerebrali, convulsioni e mal di testa.
Foto: Lance R Hayashida
