IL FATTORE IDROSTATICO

La pressione idrostatica di un fluido \ue8 l\u2019aumento della pressione in profondit\ue0 rispetto a quella di superficie. Nelle arterie e vene cerebrali la pressione idrostatica del sangue se soggetta a continue oscillazioni pu\uf2 danneggiare il sistema capillare interposto e incidere negativamente sugli scambi di ossigeno e altre sostanze con il tessuto nervoso circostante. Il controllo vasomotorio del sistema nervoso autonomo \ue8 inefficace determinando una contrazione lenta e duratura nel tempo a livello delle arteriole di medio e piccolo calibro. Esiste perci\uf2 un importante fattore di bilanciamento della pressione sanguigna a livello cranico in grado di contenere la pressione idrostatica eccessiva: arterie e vene decorrono affiancate. Gli anatomici come Barone R., e Testut L, Latarjet A, ecc. collegavano questo aspetto alla tendenza delle strutture vascolari ad occupare il minor spazio di percorrenza possibile. \uc8 in effetti un sistema utile a preservare forti squilibri pressori sulla rete capillare in particolare a livello cerebrale dove le arterie sono di tipo terminale e in una regione, quella cranica, soggetta ai movimenti del cranio. A livello del collo e degli arti esistono importanti fasci artero venosi spesso affiancati da nervi come il fascio vascolo nervoso femorale, e quello del collo (carotide, giugulare e nervo vago). In apparente controtendenza a livello renale vene ed arterie non scorrono affiancate (tranne nel rene sinistro nei bovini che \ue8 mobile). In organi fissi come i reni, la pressione idrostatica sanguigna non ha oscillazioni. Nei reni, pressione idrostatica elevata e costante (o con minime oscillazioni) \ue8 alla base dei meccanismi di ultrafiltrazione glomerulare. Pi\uf9 un organo \ue8 mobile \u2013 come la lingua, la coda, o le estremit\ue0 degli arti \u2013 o incapsulato in una cavit\ue0 soggetta a spostamenti continui come quella cranica (segue i movimenti della testa) e pi\uf9 arterie e vene decorrono in stretta connessione. In sintesi si pu\uf2 fare il seguente schema: 1. Necessit\ue0 di pressione idrostatica costante > rene fisso > arterie e vene non affiancate (perch\ue9 il rene \ue8 fisso). 2. Necessit\ue0 di pressione idrostatica costante > cranio mobile > arterie e vene cerebrali strettamente affiancate

Le funzioni delle reti mirabili encefaliche

I numerosi spiaggiamenti di delfini e balenottere potrebbero collegarsi a fenomeni d\u2019ipossia cerebrale causata dalla vasodilatazione in vaste aree delle reti mirabili encefaliche. Questa vasodilatazione riduce il controllo su di CBF e MAP e non \ue8 compensata da un apporto aggiuntivo diretto di sangue come avviene per il Gatto, ruminanti, Giraffa ed altri mammiferi provvisti di reti mirabili encefaliche. La pressione intracranica sarebbe l\u2019effettiva pressione di flusso della circolazione cerebrale. Studi su altri organi hanno invece trovato che l\u2019effettiva pressione di flusso \ue8 data dalla pressione critica di chiusura (storno), localizzata nelle arteriole. Weyland A. et all.(2000), affermano che in assenza d\u2019ipertensione intracranica, la pressione intracranica non \ue8 necessariamente l\u2019effettiva pressione di flusso della circolazione cerebrale. Invece, sarebbe il tono di resistenza vasale a determinare la vera pressione di flusso. Ci\uf2 suggerisce l\u2019esistenza di un modello modificato di circolazione cerebrale, basato su resistenze di storno, connesse in serie. Le reti mirabili encefaliche avrebbero funzioni di resistenze di storno messe in serie. La vera funzione delle estese reti mirabili encefaliche \ue8 di regolare il volume e la pressione dei liquidi cerebrali, cio\ue8: CBF: flusso sanguigno cerebrale. ICP: pressione intracranica. CSF: liquido cerebro spinale. MAP: pressione arteriosa media. CPP: pressione di perfusione cerebrale. A livello delle reti mirabili encefaliche c\u2019\ue8 il netto calo dell\u2019energia cinetica sanguigna generata dalla sistole cardiaca. Ci\uf2 facilita il controllo di CBF, ICP, CSF, MAP e CPP da parte delle reti mirabili encefaliche, tramite il forte tono della loro muscolatura liscia. Comunque, le reti mirabili encefaliche riducono bruscamente il CBF e la MAP. Poich\ue9 il sangue cerebrale deve continuare a circolare, l\u2019apporto di energia cinetica al flusso arterioso \ue8 assicurato da arterie sussidiarie come la faringea ascendente, la basilare ed eventualmente da rami arteriosi provenienti dall\u2019occipitale, dalla coniloidea, o dalla mascellare interna. Queste arterie hanno un percorso meno diretto se paragonato a quello della carotide interna obliterata. Sono arterie che oltrepassano a ponte le reti mirabili encefaliche, confluendo direttamente nella carotide cerebrale o nel poligono di Willis. In base alla legge di Poiseuille, il sangue arterioso cerebrale scorre con minore velocit\ue0 che se fosse stato erogato dalle carotidi interne. Ci\uf2 previene bruschi salti pressori, in particolare se l\u2019animale mantiene il cranio per lunghi periodi di tempo al di sotto della base cardiaca oppure, come spesso fanno alcuni ruminanti, si scontrano tra loro con le corna durante la stagione degli amori. Edelman et all. (1972), dimostr\uf2 che i vasi sanguigni della rete mirabile encefalica hanno comportamenti simili a quelli delle arterie periferiche in risposta agli stimoli f\uecsiologici di ipossia ed ipercapnia, ma hanno immediata vasocostrizione come risposta alla infusione diretta di norepifedrina. Gli autori affermano che i vasi della rete sono arteriole di diametro compreso tra 0,1 e 0,40 mm. All\u2019esame istologico mostrano una estesa componente di muscolatura liscia che offre elevata resistenza alle variazioni del flusso sanguigno. Il lungo collo della Giraffa riduce l\u2019energia cinetica del sangue arterioso destinato al cervello e le reti mirabili encefaliche regolano la ICP, CSF e CPP. Nella Giraffa, c\u2019\ue8 un sistema arterioso di supporto alla circolazione cerebrale con livelli di energia cinetica bassi, ma indispensabili al circolo. Nella Giraffa, la circolazione cerebrale \ue8 data da rami della mascellare interna, dell\u2019occipitale e dell\u2019arteria condilare. Nella Giraffa come nei ruminanti, la carotide interna tende ad obliterarsi. In alcune specie di ruminanti compresa la Giraffa e l\u2019Elefante oltre ai cetacei ed ai felini, le numerose reti mirabili encefaliche contribuiscono al contenimento della iperfusione cerebrale. Hopkins WD, Lori Marino (2000) dicono che nei delfini le reti mirabili encefaliche occupano circa il 20% del volume cranico ed hanno un vasto contingente di muscolatura liscia. Nel Gatto, a livello della faringea ascendente, la differenza di pressione tra entrata ed uscita (origine e terminazione del vaso) hanno bassi coefficienti rispetto a quelli della primitiva carotide interna. Nel Gatto, le reti mirabili intracranica ed extracranica regolano la pressione di perfusione cerebrale a livello della carotide cerebrale, dell\u2019arteria mascellare post-rete e della meningea media. Sulla pressione arteriosa cerebrale ha molta incidenza l\u2019arteria faringea ascendente che sovrasta a ponte l\u2019intero complesso delle reti mirabili encefaliche. Nella Giraffa, le elevate pressioni sistoliche sono conservate nelle arterie che irrorano la faccia, il cavo orale e le cavit\ue0 nasali ( arterie linguali, labiali, nasali, grandi palatine ecc.). Nella Giraffa ed in tutti i mammiferi con reti mirabili encefaliche sono azzerate le pressioni sistoliche nelle arterie destinate al cervello ed agli occhi. Infine, e\u2019 probabile che il cervo topo Tragulus javaricus ed il Tragulus napu abbiano caratteristiche circolatorie cerebrali specifiche che rendono superflue le funzioni regolatrici delle reti mirabili encefaliche. In conclusione, la presenza di estese reti mirabili encefaliche tra cuore e cervello, comportano il netto calo dell\u2019energia cinetica sanguigna generata dalla sistole cardiaca . Ci\uf2 facilita il controllo di CBF, ICP, CSF, MAP e CPP da parte delle reti mirabili encefaliche tramite il forte tono della loro muscolatura. I vasi sanguigni cerebrali sono regolati dal sistema nervoso autonomo. Il simpatico innerva i vasi extraparenchimali ed ha origine dai gangli cervicali. Ha azione vasocostrittrice che forse protegge il cervello dagli spostamenti verso destra della curva di autoregolazione. I nervi del parasimpatico si originano dai gangli pterigopalatini ed ottici, contribuendo alla vasodilatazione cerebrale. Ci\uf2 \ue8 ben visibile nei casi d\u2019ipertensione e iperfusione post \u2013 ischemica. Si pensa che variazioni iniziali di CBF favoriscano la richiesta metabolica. Queste variazioni di CBF iniziali potrebbero essere avviate da meccanismi neurogenetici, sostenuti da fattori chimici locali. Nell\u2019Uomo, Grubhofer G. et all. (1999) hanno trovato che l\u2019ipertensione sistemica influenza la velocit\ue0 sanguigna a livello cerebrale. Nei cetacei, le reti mirabili encefaliche formerebbero una barriera contro gli eccessi di pressione sanguigna sistemica in particolare durante il nuoto veloce e prolungato, nella corsa prolungata (ruminati e Gatto) e contro le forti pressioni sistoliche nelle lunghe arterie carotidi comuni della Giraffa. La ICP (pressione intracranica) cambia di valore a seconda della postura, in particolare se la testa \ue8 tenuta abbassata in un piano al di sotto della base cardiaca. Se ICP aumenta oltre un valore di soglia (tipico di una specie animale), appaiono aree d\u2019ischemia locale e totale. Il tessuto cerebrale non \ue8 abbastanza elastico e variazioni volumetriche del sangue venoso cerebrale o di CSF (liquido cerebro spinale) funzionano all\u2019inizio come i pi\uf9 efficaci sistemi tampone contro l\u2019insorgenza di una eccessiva ICP. Nei delfini, mancano rami arteriosi diretti che si versano nel poligono di Willis dopo aver superato a ponte le reti mirabili encefaliche. Nei delfini e nei cetacei in genere, anche l\u2019arteria basilare deriva dalle reti mirabili. I muscoli scheletrici peri \u2013 rete con la loro contrazione apporterebbero una quota aggiuntiva di energia cinetica alla circolazione arteriosa cerebrale. Inoltre, il tono della potente muscolatura liscia delle reti mirabili darebbe anch\u2019essa un contributo di energia cinetica. Per\uf2, se si verificasse vasodilatazione generalizzata a livello delle reti mirabili encefaliche (a causa della temperatura media del mare che potrebbe aumentare) ci sarebbe un calo di CCP (pressione di perfusione cerebrale) e di ICP (pressione intracranica) dannose in particolare per gli scambi di ossigeno tra tessuto nervoso e sangue. Come afferma Beghelli (1992), l\u2019encefalo \ue8 uno degli organi maggiormente sensibili alle variazioni del flusso, in quanto si possono riscontrare danni irreparabili dopo solo 5 secondi d\u2019ischemia. Meccanismi sia locali che riflessi tendono a mantenere relativamente costante la circolazione encefalica

A data sequence aquired at Mt. Etna during the 2002 - 2003 eruption highlights the potential of continuous gravity observations as a tool to monitor and study active volcanoes

A 2.5-month long gravity sequence, encompassing the starting period of the 2002–2003 Etna eruption and coming from a summit station only 1 km away from the new fractures, is presented and discussed. The sequence comprises some hours-long anomalies that have a great chance to reflect mass redistributions linked to the ensuing activity. In particular, the start of the eruptive activity on the northeastern flank was marked by a gravity decrease as strong as about 400 Gal, which reverted soon afterwards. This strong decrease/increase anomaly is interpreted as the opening, by tectonic forces, of a fracture system along the Northeastern Rift of Mt. Etna, followed by an intrusion of magma from the central conduit to the new fractures. They were used by the intruding magma as a path to the eruptive vents at lower elevations. Afterwards, on three occasions, in November and December 2002, 6–12 h-lasting gravity decreases, with amplitude ranging between 10 and 30 Gal, were observed simultaneously with increases in the amplitude of the volcanic tremor from four seismic stations. A correlation analysis, between the gravity signal and the overall spectral amplitude of each tremor sequence is performed over the 7 November–9 December period. A marked anti-correlation is found over each contemporaneous gravity decrease/tremor increase, while, over the rest of the investigated period, the correlation is negligible. Accordingly, a joint source is inferred to have acted during the occurrence of the three common anomalies. On the grounds of some volcanological observations spanning the period covered by our analysis, we propose the temporary accumulation of a gas cloud at some level within the plumbing system of the volcano to have acted as a joint source. The present work is a further evidence of the potential of continuous gravity observations as a tool to monitor and study active volcanoes and encourages their employment in spite of the difficulty of running spring gravimeters in a continuous fashion under the adverse conditions normally encountered on the summit zone of an active volcano

The application of a denoising method aimed at reducing continuous gravity data

This study summarizes the results obtained by using a processing method based on wavelet transform for noise-filtering of continuous gravity data. Continuous gravity recordings in vol- canic area could play a fundamental role in the monitoring of active volcanoes and in the prediction of eruptive events too. This geophysical methodology is used, on active volcanoes, in order to detect mass changes linked to magma transfer processes and, thus, to recognize forerunners to paroxysmal volcanic events. Spring gravimeters are still the most utilized in- struments for this type of microgravity studies. Unfortunately, spring gravity meters show a strong influence of meteorological parameters, especially in the adverse environmental condi- tions usually encountered at such places. As the gravity changes due to the volcanic activity are very small compared to other geophysical or instrumental effects, we need a new mathematical tool to get reliable gravity residuals susceptible to reflect the volcanic effect. The aim of the present work is to get a first evaluation about the comparison between the traditional filtering methodology and the wavelet transform. The overall results show that the performance of the wavelet-based filter seems better than the Fourier one. Moreover, the possibility of getting a multi-resolution analysis and study local features of the signal in the time domain makes the proposed methodology a valuable tool for gravity data processing

Sperimentazione di due gravimetri LaCoste & Romberg in registrazione continua all’Etna con un’alta frequenza di campionamento

Negli ultimi venti anni, le esperienze condotte all’Etna dal Laboratorio di Gravimetria(GravLab) dell’INGV-Sezione di Catania hanno dimostrato la capacità delle osservazioni discrete di gravità di vincolare gli spostamenti del magma coinvolto nelle principali fasi di attività del vulcano. Le misure gravimetriche in continuo, iniziate dal 1998, hanno aperto la prospettiva di estendere la finestra spettrale di osservazione verso fenomenologie ad evoluzione più rapida e perciò di interesse ancora maggiore ai fini del monitoraggio dello stato di attività dell’Etna. Durante l’estate 2005, nell’ottica di affinare la conoscenza dei rapporti di causa-effetto che legano le variazioni del campo di gravità all’attività di sorgenti vulcaniche, è stato condotto un esperimento di misure ad alta frequenza con due gravimetri installati nello stesso sito....

Space-time gravity variations to look deep into the southern flank of Etna volcano

A microgravity 14-year-long data set (October 1994 - September 2007) recorded along a 24-kilometer East-West trending profile of 19 stations was analyzed to detect underground mass redistributions related to the volcanic activity involving the southern flank of Mt Etna volcano (Italy). A multiresolution wavelet analysis was applied to separate the volcano-related signal from the unwanted components due to mainly instrumental, human-made and seasonal effects. The residual space-time image evidenced two complete gravity increase/decrease cycles mainly affecting the central and eastern stations of the profile. The first gravity increase (early-1995 to end-1996) – decrease (end-1996 to late-1998) cycle reached a maximum amplitude of approximately 90 µGal. The second gravity increase (mid-1999 to mid-2000) – decrease (mid-2000 to early-2004) cycle attained an amplitude of about 80 µGal peak-to-peak. After about five years of a persistent negative gravity anomaly, a new semi-cycle started at the end of 2006 and continued during the last survey carried out in September 2007. We modeled the 1994-2007 gravity anomalies using a Quadratic Programming algorithm to infer the position and the evolution of the sources beneath the profile. The computed positive mass variations of about 1.05 x 1011 kg were interpreted as magma accumulation, while negative mass changes of about -1.20 x 1011 kg could reflect either magma migration or opening of new voids by tectonic tensile stresses within a source volume, where tensional earthquakes occurred

Experimentation of two coupled gravity meters in continuous recording with a high sampling rate at Etna volcano

During the summer of 2005, we performed a 2-month lasting experiment (29 July - 29 September), using two spring gravimeters installed side-by-side at Mt. Etna. Two LaCoste & Romberg gravimeters were utilized (G594 and G1190), each equipped with an Aliod 100 electronic feedback system. Data were acquired at a sampling rate (2 Hz) higher than that normally used for gravimetric recordings. Apparent fluctuations (i.e. instrumental, not due to actual changes of the gravity field) dominated by a component with period of about 20 seconds appear over the gravity recordings when both high-frequency (local earthquakes) and low-frequency (teleseisms) components dominate the ensuing seismic wavefield. Though it has only an instrumental character, the outcome of this study represent an important further step towards the development of any a-priori or a-posteriori system aimed at reduce the effect of seismic shocks on the signal from continuously recording gravimeters

UFGM - 2006 Annual Report

INGV, SEZIONE DI CATANIAPublished2.6. TTC - Laboratorio di gravimetria, magnetismo ed elettromagnetismo in aree attiveope