Comportamento meccanico dell’intestino tenue e crasso umano: sviluppo di prove sperimentali con riferimento alle stomie

L’obiettivo di questa tesi è la caratterizzazione del comportamento meccanico dell’intestino tenue e dell’intestino crasso umano mediante lo sviluppo di prove sperimentali. L’intestino costituisce la porzione terminale dell’apparato digerente e svolge un ruolo fondamentale nella digestione e nell’assorbimento dei nutrienti. Lo studio delle proprietà meccaniche dell’intestino è fondamentale per migliorare le tecniche chirurgiche e per sviluppare dispositivi medici più efficaci. Particolare rilevanza riveste questo studio nell’ambito delle stomie, procedure chirurgiche che interessano ileo e colon e che comportano significative alterazioni morfologiche e funzionali del tratto intestinale: la comprensione del comportamento biomeccanico dei tessuti coinvolti può quindi contribuire all’ottimizzazione della gestione clinica e della progettazione dei dispositivi associati. I campioni di intestino umano sono stati ricavati da 23 pazienti ricoverati presso l’UOC di Chirurgia Generale dell’Azienda Ospedale Università Padova. In particolare, dai tratti di intestino sono stati ritagliati campioni di forma longitudinale e di forma circonferenziale, e sono stati testati utilizzando il macchinario Biomomentum presso il Laboratorio di Meccanica dei Materiali Biologici dell’Università degli Studi di Padova. Sono state eseguite prove di trazione a rottura, prove di rilassamento delle tensioni (sia in trazione che in compressione), e prove di compressione cicliche di carico-scarico. Le prove di trazione a rottura e le prove di compressione carico-scarico sono state condotte impiegando due diverse velocità di deformazione, pari a 1%/s e 100%/s, al fine di valutare la risposta del tessuto a differenti condizioni di sollecitazione. I risultati sperimentali sono stati elaborati al fine di individuare alcune caratteristiche meccaniche, quali il modulo di elasticità (o di Young), la tensione ultima a rottura, parametri della serie di Prony a due rami, percentuale di rilassamento nel tempo e l’area di isteresi. I risultati ottenuti hanno evidenziato una marcata anisotropia del tessuto, con differenze significative tra direzioni longitudinali e circonferenziali, e tra ileo e colon. È stato osservato un chiaro effetto viscoelastico dipendente dalla velocità, con un incremento della rigidità e della tensione massima al crescere della velocità di deformazione. Nelle prove di trazione fino a rottura, i campioni di colon con tenia hanno mostrato resistenza elevata, mentre quelli di colon senza tenia presentano valori di tensione a rottura significativamente inferiori, e i campioni tagliati in direzione circonferenziale hanno mostrato una deformazione più elevata rispetto a quelli tagliati longitudinalmente. Il modulo di elasticità nella zona lineare è maggiore nel colon con tenia. Nella prova di rilassamento delle tensioni, i valori della percentuale di rilassamento nel tempo mostrano un maggiore rilassamento a compressione rispetto alle prove a trazione. Nelle prove di rilassamento delle tensioni a trazione il colon con tenia e senza tenia mostra un maggiore rilassamento rispetto all’ileo mentre l’ileo presenta un modulo di Young nella zona lineare maggiore rispetto al colon senza tenia. L’area di isteresi, misurata nelle prove di carico-scarico a compressione, diminuisce progressivamente con l’avanzare dei cicli. I risultati ottenuti aiutano a comprendere le proprietà meccaniche dell'intestino, fornendo un valido supporto per lo sviluppo di nuovi dispositivi medici e applicazioni chirurgiche, inclusi quelli legati alla gestione delle stomie, con l'obiettivo di migliorare la qualità di vita dei pazienti che presentano patologie intestinali.