con patologie metaboliche e rischi cardiovascolari
Responsabile scientifico: Antonio Crisafulli
Gruppo di ricerca: Andrea Manuello Bertetto, Filippo Tocco, Roberto Stancampiano, Andrea Loviselli, Luigi Meloni, Fernanda Velluzzi, Roberta Montisci, Marco
Guicciardi, Rachele Fanari, Ferdinando Fornara, Carla Meloni, Laura Francesca Scalas
Background
Le malattie metaboliche rappresentano una delle maggiori sfide per la salute pubbli-ca. Patologie come la sindrome metabolica (SM) e il diabete mellito di tipo 2 (DM2) stanno incrementando la loro incidenza in maniera preoccupante nelle società occi-dentali (1). Queste patologie possono deter-minare dei deficit nella regolazione cardio-vascolare durante esercizio. In particolare è stata riportata una esagerata vasocostrizio-ne in risposta all’attivaziovasocostrizio-ne di alcuni rifles-si cardiovascolari – i “metaboriflesrifles-si” – che attivano il sistema nervoso simpatico sotto sforzo (2, 3). Inoltre è stato dimostrato che in questi pazienti vi è un deficit nella au-to-regolazione del flusso ematico cerebrale durante esercizio, con riduzioni della ossi-genazione cerebrale (COX) associata ad una riduzione dell’attività della corteccia moto-ria (4, 5).
Partendo da questo background abbia-mo ipotizzato che i pazienti affetti da SM e da DM2 potessero andare incontro a ridu-zioni della COX durante l’attivazione dei metaboriflessi ottenuta con il metodo del post-exercise muscle ischemia. Abbiamo inoltre ipotizzato che, se uno stress mentale fosse stato aggiunto alla stimolazione dei metaboriflessi, allora la COX sarebbe risul-tata compromessa in questi pazienti rispet-to ad un gruppo di controllo, e quesrispet-to fatrispet-to potrebbe fornire una delle basi
fisio-pato-logiche della scarsa attitudine all’esercizio fisico spesso riportata in questi pazienti.
Materiali e metodi Partecipanti
Sono stati reclutati 3 gruppi di soggetti:
1. un gruppo di 13 pazienti (5 femmine, età 52.9±11.2 anni) affetti da MS diagnosti-cato sulla base delle seguenti caratteristi-che: a) circonferenza addominale >88cm per le donne e >102 per gli uomini; b) basso colesterolo HDL (≤40 mg/dL ne-gli uomini e ≤50 mg/dL nelle donne);
c) elevati valori di pressione sanguigna (≥130/85 mmHg); d) ipertrigliceridemia (≥150 mg/dL); e) elevati valori di glice-mia a digiuno (≥100 mg/dL). La diagno-si doveva datare da almeno un anno.
2. Un gruppo di 13 pazienti (6 femmine, età 52±12.6 anni) affetti da DM2, diagnosti-cato da almeno 6 mesi e in regime tera-peutico stabile.
3. Un gruppo di controllo (CTL) composto da 14 soggetti (6 femmine, 50.8±8.1 anni) sani e fisicamente attivi.
Protocollo sperimentale
I partecipanti sono stati preliminarmen-te sottoposti a visita medica generale, con anamnesi e misure antropometriche (altez-za, peso, BMI, circonferenza addominale e composizione). Sono stati inoltre misura-ti i livelli di trigliceridi, colesterolo HDL e
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minuti di recupero senza occlusione ische-mica;
d) test CER + MT: è stata eseguita una sessione di 3 minuti di MT durante la fase di recupero nel post esercizio seguendo lo schema della sessione CER descritta al pun-to b).
e) test PEMI + MT: questa sessione, sem-pre di 12 minuti, era identica alla sessione PEMI (punto a), ma si aggiungeva a partire dall’inizio del PEMI un periodo di mental task della durata di 3 minuti. Alla fine del mental task seguivano 3 minuti di recupero.
Tutte le sessioni avevano quindi la dura-ta di 12 minuti ed erano somministrate in maniera random.
Misure emodinamiche e di ossigenazione cerebrale L’emodinamica è stata valutata non invasi-vamente per mezzo della cardiometria ad impedenza (BoMed NCCOM3), in grado di misurare la gettata sistolica (SV), la portata cardiaca (CO) e le resistenze vascolari peri-feriche (SVR). La pressione arteriosa media è stata valutata manualmente. Per mezzo della Near Infra-Red Spectroscopy (NIRS;
Nonin, SenSmart X-100) si è misurata la COX.La Figura 1 è un esempio di set-up spe-rimentale.
Conclusioni
I risultati di questo studio confermano che l’emodinamica dei soggetti affetti da di-sturbi metabolici è disregolata. In partico-lare, questi soggetti mostrano rispetto ai controlli sani un aumento delle SVR accom-pagnato da una riduzione di CO e SV. Que-sto dimostra che sia la SM che il DM2 sono in grado di determinare un’accentuata va-socostrizione e una riduzione della perfor-mance cardiovascolare in risposta all’eser-cizio e alla stimolazione dei metaboriflessi muscolari.
Per quanto riguarda la COX, l’ipotesi di partenza di questo studio era che i pazienti affetti da SM e da DM2 avessero una ridu-zione della COX quando venivano stimo-lati i metaboriflessi in seguito ad esercizio fisico. I risultati non sembrano confermare glucosio a digiuno. Dopo la visita medica
generale è stato effettuato un test da sforzo cardio-polmonare (CPT) per valutare la ca-pacità fisica dei soggetti in studio.
In giorni separati dalla visita medica ge-nerale e dal test CPT, i partecipanti hanno eseguito i seguenti test per la misura della risposta cardiocircolatoria ai metaboriflessi e al mental task:
a) test di post-exercise muscle ischemia (PEMI): è stato utilizzato un dinamometro idraulico per effettuare un esercizio di han-dgrip dinamico (30 compressioni/min) al 30% della massima forza valutata come il picco raggiunto durante 5 precedenti com-pressioni massimali. Dopo 3 minuti di ripo-so, sono stati eseguiti 3 minuti di handgrip al termine del quale sono stati applicati 3 minuti di ischemia nel braccio precedente-mente utilizzato per lo sforzo. L’ischemia è stata indotta mediante un’insufflazione rapida di uno sfigmomanometro fino ad un valore superiore di 50 mmHg all’ultima pressione sistolica misurata. Dopo il PEMI il manicotto veniva sgonfiato e si consenti-vano ulteriori 3 minuti di recupero senza ischemia. Questo tipo di protocollo è stato più volte utilizzato in passato nel nostro la-boratorio per studiare le risposte emodina-miche durante attivazione dei metaborifles-si metaborifles-sia in pazienti che in soggetti sani (6-8).
b) control exercise recovery (CER) test:
questo test aveva la stessa durata del test PEMI (12 minuti) ed era identico ad esso nella dinamica, con l’eccezione che l’eserci-zio era seguito da 6 minuti di recupero sen-za occlusione ischemica. Questa sessione è stata impiegata per avere un test di riferi-mento senza attivazione dei metaboriflessi.
c) mental task (MT) test: il soggetto ese-guiva dei compiti manuali di mental task guidati da una stimolazione visiva per mezzo di un mouse collegato ad un PC por-tatile. In pratica il soggetto doveva determi-nare se una forma al centro dello schermo fosse un cerchio o un quadrato. Il MT aveva la stessa durata dei test PEMI e CER (12 mi-nuti) ed era così strutturato: dopo 6 di ripo-so il ripo-soggetto eseguiva il test di mental task della durata di 3 minuti; seguivano infine 3
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PEMI+MT rispetto agli altri momenti pre-visti dal protocollo di studio. Tale fenome-no era invece assente negli individui affetti dalle patologie metaboliche.
Questo fenomeno potrebbe avere impli-cazioni pratiche, poiché potrebbe fornire una delle basi fisio-patologiche per spie-gare la scarsa attitudine all’esercizio fisico spesso riportata in questi pazienti. In prati-ca, noi proponiamo che la percezione della fatica sia alterata in questi soggetti a causa della ridotta COX che si verifica quando allo sforzo fisico si sovrappone un compi-to mentale. Ciò potrebbe spiegare perché questi pazienti percepiscano l’attività fisi-questa ipotesi. Infatti dalla Figura 3 si
evin-ce che durante la manovra di PEMI non c’erano sostanziali differenze nei livelli di COX tra i 3 gruppi in studio.
Una seconda ipotesi di questo studio era che se alla stimolazione dei metaborifles-si muscolari attivati dall’esercizio fimetaborifles-sico metaborifles-si sovrapponesse un mental task – cioè uno stress mentale – allora la COX sarebbe ri-sultata compromessa nei pazienti affetti da disturbi metabolici rispetto ai controlli. I ri-sultati sembrano confermare questa secon-da ipotesi. La Figura 3 dimostra infatti che solo il gruppo CTL era in grado di incre-mentare questo parametro durante il test
Fig. 1. Esempio di set-up sperimentale.
Risultati
La Figura 2 (pannello superiore) mostra come in media i soggetti dei due gruppi di pazienti (SM e DM2) avessero livelli più elevati di SVR rispetto al gruppo CTL. Inoltre il CO (pannello medio) e la SV (pannello inferiore) risultavano ridotti.
La Figura 3 è relativa ai dati di COX. L’analisi stati-stica ha evidenziato come questo parametro subiva incrementi nei soggetti di controllo durante il test PEMI+MT rispetto ai test CER e MT dello stesso gruppo. Questo fenomeno era invece assente nei due gruppi di pazienti.
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ca come stressante, e di conseguenza poco piacevole e priva dei reward psicologici che sono invece normalmente riportati dalla popolazione sana e fisicamente attiva.
Fig. 2. Andamento delle resistenze vascolari sistemiche (SVR), della gettata cardiaca (CO) e della gettata sistoli-ca (SV) nei vari momenti del protocollo di studio.
Fig. 3. Andamento della ossigenazione cerebrale (COX) nei vari momenti del protocollo di studio.
*= p<0.05 vs. il test MT dello stesso gruppo += p<0.05 vs. il test CER dello stesso gruppo.
Bibliografia
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Antonio Crisafulli si è laureato in Medicina e Chirurgia nel 1995 con il punteggio di 110/110 e lode. Si è specializzato in Medicina dello Sport nel 1999 con il punteggio di 50/50 e lode. Nel 2004 ha ottenuto il titolo di Dottore di ricerca in Fisiologia. Dal 2010 è Ricercatore a tempo inde-terminato presso l’Università di Cagliari dove insegna Fisiologia Umana per il corso di Medici-na e Chirurgia. Dall’aprile 2017 è abilitato come docente di I e II fascia nei settori concorsuali 05/
D1 (Fisiologia) e 06/N2 (Scienze dell’esercizio Fisico e dello Sport).
È iscritto alla Physiological Society, all’Ameri-can Physiological Society, all’Ameriall’Ameri-can Colle-ge of Sport Medicine, all’European ColleColle-ge of Sport Science, alla Società Italiana di Fisiologia e alla SISMES. È co-autore di oltre 90 pubblica-zioni su riviste internazionali in peer-review nei settori della fisiologia applicata, delle scienze dello sport e della cardiologia dell’esercizio.
Valutazione della produzione scientifica secon-do il database Scopus: numero pubblicazioni: 93, di cui ~70% come primo o ultimo nome; numero citazioni: 1315; H-Index 21.