Le lesioni cutanee causate dalla pressione prolungata sono comuni tra le persone che non sono in grado di cambiare posizione da sole, ad esempio i neonati malati in ospedale o gli anziani. Grazie a partnership di successo con l’industria e la ricerca, i ricercatori dell’Empa hanno sviluppato due soluzioni intelligenti per le lesioni da pressione.
Se si esercita una pressione eccessiva sulla pelle per un periodo prolungato, questa si danneggia. Le persone in sedia a rotelle, i neonati in terapia intensiva e gli anziani sono tra i gruppi di popolazione ad alto rischio di lesioni da pressione. Le conseguenze sono piaghe, infezioni e dolore.
Il trattamento è complesso e costoso: ogni anno i costi sanitari ammontano a circa 300 milioni di franchi svizzeri. "Inoltre, le malattie esistenti possono essere aggravate da questo tipo di lesioni da pressione", spiega Simon Annaheim, ricercatore dell’Empa nel laboratorio "Membrane biomimetiche e tessuti" di San Gallo. Secondo Simon Annaheim, sarebbe più sostenibile evitare che i danni ai tessuti si verifichino in primo luogo. Due progetti di ricerca in corso in cui l’Empa è coinvolta stanno portando avanti soluzioni corrispondenti: un materasso a compensazione della pressione per i neonati in terapia intensiva e un sistema di sensori tessili per paraplegici e pazienti allettati sono attualmente in fase di sviluppo.
Le esigenze della pelle sono completamente diverse a seconda dell’età: negli adulti, lo sfregamento della pelle sulla superficie del sonno, le forze fisiche di taglio dei tessuti e la mancanza di traspirabilità dei tessuti sono i fattori di rischio più importanti. D’altra parte, la pelle dei neonati sottoposti a terapia intensiva è di per sé estremamente sensibile e qualsiasi perdita di liquidi e calore attraverso la pelle può diventare un problema. "Mentre questi bambini particolarmente vulnerabili vengono curati, la situazione del sonno non dovrebbe causare ulteriori complicazioni", spiega Simon Annaheim, ricercatore dell’Empa. Egli non crede che i materassi tradizionali possano essere la soluzione per i neonati con pesi e patologie molto diversi. Il team di Simon Annaheim, in collaborazione con i ricercatori del Politecnico di Zurigo, dell’Università di Scienze Applicate di Zurigo (ZHAW) e dell’Ospedale Pediatrico Universitario di Zurigo, sta quindi cercando una superficie di riposo ottimale per la pelle delicata dei bambini. Questo materasso dovrebbe essere il più possibile regolabile individualmente per aiutare i bambini a iniziare la loro vita con difficoltà.
A tal fine, i ricercatori hanno innanzitutto determinato le condizioni di pressione in diverse parti del corpo dei neonati. "I nostri sensori di pressione hanno mostrato che la testa, le spalle e la parte inferiore della colonna vertebrale sono le aree più esposte ai punti di pressione", spiega Simon Annaheim. Questi risultati sono stati presi in considerazione nello sviluppo di uno speciale tipo di materasso ad aria: le sue tre camere possono essere riempite con precisione da una pompa elettronica che utilizza sensori di pressione e un microprocessore, in modo da ridurre al minimo la pressione in ogni punto. Grazie a un processo laser a infrarossi sviluppato all’Empa, il materasso è realizzato con una membrana polimerica flessibile e multistrato, delicata sulla pelle e priva di bordi fastidiosi.
Dopo un processo di sviluppo in più fasi in laboratorio, i primi piccoli pazienti hanno potuto sdraiarsi sul prototipo di materasso. L’effetto è stato immediatamente percepito quando i ricercatori hanno riempito il materasso d’aria in misura variabile a seconda delle esigenze individuali dei bambini: rispetto a un materasso di schiuma convenzionale, il prototipo ha ridotto la pressione esercitata sulle parti vulnerabili del corpo fino al 40%.
Dopo questo studio pilota di successo, il prototipo sarà ora ottimizzato nei laboratori dell’Empa. Nel prossimo futuro, Simon Annaheim e il dottorando Tino Jucker avvieranno uno studio su scala più ampia del nuovo materasso con il reparto di Medicina intensiva e Neonatologia dell’Ospedale pediatrico di Zurigo.
In un altro progetto, i ricercatori dell’Empa stanno lavorando alla prevenzione del cosiddetto danno tissutale da decubito negli adulti. A tal fine, fattori di rischio come la pressione sanguigna e i disturbi circolatori vengono trasformati in utili segnali di allarme.
Se si rimane a lungo nella stessa posizione, la pressione e l’alterazione della circolazione sanguigna provocano una carenza di ossigeno ai tessuti. Mentre nelle persone sane la mancanza di ossigeno innesca un riflesso di movimento, questo circuito di feedback neurologico può essere interrotto, ad esempio, nei pazienti paraplegici o in coma. In questi casi, i sensori intelligenti possono contribuire a segnalare precocemente il rischio di danni ai tessuti.
Nell’ambito del progetto "ProTex", un team di ricercatori dell’Empa, dell’Università di Berna, dell’Università di Scienze Applicate OST e della Bischoff Textil AG di San Gallo ha sviluppato un sistema di sensori costituito da tessuti intelligenti con analisi dei dati in tempo reale. "I sensori tessili ben tollerati dalla pelle contengono due diverse fibre polimeriche funzionali", spiega Luciano Boesel, ricercatore Empa del laboratorio "Membrane biomimetiche e tessuti" di San Gallo. Oltre alle fibre sensibili alla pressione, i ricercatori hanno incorporato fibre polimeriche conduttrici di luce (POF) che vengono utilizzate per misurare l’ossigeno. "Non appena il contenuto di ossigeno della pelle diminuisce, il sistema di sensori ultrasensibili segnala un aumento del rischio di danni ai tessuti", spiega Luciano Boesel. I dati vengono poi trasmessi direttamente al paziente o al personale infermieristico. In questo modo, una persona sdraiata può essere trasferita in tempo utile, prima che si verifichino danni ai tessuti.
La tecnologia di base comprende anche un nuovo processo microfluidico di filatura a umido sviluppato all’Empa per la produzione di POF. Questo processo consente un controllo preciso dei componenti polimerici su scala micrometrica e una lavorazione più delicata ed ecologica delle fibre. Il processo microfluidico è uno dei tre brevetti finora ottenuti dal progetto "ProTex".
Un altro prodotto è un sensore tessile traspirante che può essere indossato direttamente sulla pelle. Lo spin-off "Sensawear", che nascerà a Berna nel 2023 dal progetto, sta attualmente procedendo con il lancio sul mercato. Anche il ricercatore dell’Empa Luciano Boesel è convinto che "le conoscenze e le tecnologie generate da ProTex consentiranno in futuro altre applicazioni nel campo dei sensori indossabili e dell’abbigliamento intelligente".
ProTex: un team interistituzionale vincente
Con l’offerta di finanziamento BRIDGE, il Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica (FNS) e l’Agenzia svizzera per la promozione dell’innovazione Innosuisse sostengono progetti convincenti in termini di eccellenza scientifica, chiara strategia di attuazione e potenziale economico e sociale. Il team composto da Luciano Boesel (Empa), Guido Piai (OST) e Ursula Wolf (Università di Berna) è risultato convincente e "ProTex" è stato sostenuto nell’ambito di "BRIDGE Discovery". "Insieme, abbiamo le competenze necessarie nei campi dei materiali, dell’ottica, dell’elettronica, della medicina e della tecnologia", spiega Luciano Boesel, ricercatore dell’Empa, descrivendo la proficua collaborazione all’interno del team interdisciplinare.
