Attività di Ricerca

 

Il Laboratorio di Fisiologia degli Sport

Il laboratorio di Fisiologia degli Sport (LABFS) opera nell’ambito dell’Unità di Ricerca in Scienze dell’Esercizio Fisico e Fisiologia degli Sport (UNFISPO). Il LABFS è un centro altamente qualificato nell’applicazione dell’attività fisica quale presidio terapeutico nelle patologie cronico-degenerative di ambito cardiometabolico e nella valutazione della capacità fisica in tutte le specialità sportive. Il LABFS è anche un centro accreditato presso il servizio sanitario nazionale per la certificazione dell’idoneità medico sportiva alla pratica degli sport a livello agonistico ed è di riferimento per la formazione degli specialisti in medicina dello sport, in scienza dell’alimentazione e in scienze e tecniche dello sport.

La specificità di questo gruppo scientifico risulta dall’incontro tra l’unicità della sua esperienza nelle tecniche di valutazione della capacità fisica da un lato e l’interazione dall’altro tra fisiologia applicata e tecnologie bioingegneristiche implementate nelle più avanzate apparecchiature disponibili.

Competenza scientifica, esperienza clinica, dotazione tecnica e approccio multidisciplinare consentono al LABFS di affrontare in maniera efficiente e con ottica translazionale problematiche diverse. Si va dallo studio dei metaboriflessi muscolari quali indicatori precoci di specifiche alterazioni cardiovascolari in patologie cronico-degenerative, quali lo scompenso cardiaco, il diabete mellito, l’obesità, il trapianto cardiaco, le lesioni del midollo spinale, la sclerosi multipla, la beta-talassemia ecc., fino all’ottimizzazione del modello funzionale di atleti praticanti a livello agonistico diverse attività sportive quali: atletica, nuoto, arti marziali, calcio, pallavolo, pallacanestro, apnea subacquea, equitazione etc., passando attraverso la progettazione, prototipazione e validazione di devices, portatili e di facile uso, per la misura non invasiva delle variabili cardiodinamiche, respirazione e biomeccaniche in condizioni sia statiche che dinamiche.

È proprio il trattamento delle complesse interazioni tra input e output energetico a costituire il punto di forza di questo gruppo che ha sviluppato un approccio innovativo all’applicazione dell’esercizio fisico quale presidio di diagnosi e terapia basato sulla quantificazione e personalizzazione dello stesso.

Altro aspetto peculiare delle attività del LABFS è costituito dalle importanti competenze relative al trasferimento tecnologico dei prodotti della ricerca verso il comparto produttivo, soprattutto riguardo alle Information and Comunication Technologies dedicate all’assessment in remoto di variabili cardiometaboliche.

Retrospettiva Storica

UNFISPO rappresenta il risultato di una lunga e fruttuosa attività di ricerca scientifica nell’ambito della fisiologia generale ed applicata che, già a partire dalla prima metà del secolo scorso, ha visto il succedersi di figure eminenti di scienziati nella cattedra di fisiologia dell’Università di Cagliari. Una figura di scienziato di primo piano fu certamente quella di Camillo Artom che tenne cattedra di fisiologia dal 1930 al 1935. Artom dimostrò la formazione di mono e digliceridi nella digestione dei grassi alimentari e per la prima volta impiegò isotopi radioattivi del fosforo per illustrare la sintesi di lecitina e fosfolipidi nel fegato e nell’intestino a seguito dell’ingestione di grassi1. In questi esperimenti Artom usufruì della collaborazione del fisico Emilio Segré, del gruppo di via Panisperna coordinato da Enrico Fermi, e del cristallografo Carlo Perrier2 al quale si deve la scoperta dell’elemento di numero atomico 43, conosciuto con il nome di Tecnezio. Questi lavori furono certamente tra i primi casi al mondo di ricerca translazionale. Nel 1938, a causa delle leggi razziali, Artom abbandonò l’Italia per gli Stati Uniti dove concluse la sua carriera di illustre scienziato alla Bowman Gray School of Medicina di Winston-Salem, North Carolina. Agli stessi studi sul metabolismo lipidico condotti da Artom partecipò anche Giuseppe Peretti1 che vinse la cattedra di fisiologia a Cagliari nel 1948 e la tenne fino al 1975. Peretti si dedicò inoltre allo studio dei meccanismi di controllo cerebellare della minzione. Qui dimostrò che la conservazione nel cane del lobo anteriore del cervelletto dopo distruzione di altre aree induceva un forte ipertono della muscolatura vescicale. Al contrario, la vescica era atonica se il lobo anteriore veniva distrutto3. Questi risultati vennero in seguito confermati in un lavoro di Chambers e Sprague pubblicato nel 1955 su Archives of Neurology & Psychiatry4. Tra gli anni ‘50 e ‘60 Peretti coordinò anche ricerche sistematiche sullo stato nutrizionale degli abitanti di diverse aree rurali della Sardegna che portarono alla luce gravi stati di carenza alimentare, sia per ciò che riguarda i substrati energetici glucidici, lipidici e protidici, sia per ciò che riguarda l’apporto vitaminico e di micronutrienti, con conseguenti alterazioni morfo-funzionali5-6. Questi studi contribuirono significativamente alla nascita della moderna scienza dell’alimentazione in Italia e furono anche il nucleo di partenza per la costituzione della relativa scuola di specializzazione nell’Università di Cagliari: una struttura formativa che per molti anni diede lustro e prestigio all’ateneo. Gli studi sulla fisiologia della nutrizione continuarono sotto la guida di Giovanni Liguori, allievo di Peretti, che nel frattempo aveva preso la cattedra di Scienza dell’alimentazione e diresse l’istituto di fisiologia fino alla fine degli anni settanta. Liguori  rinforzò molto le attività di ricerca in ambito nutrizionale stringendo importanti rapporti con diversi gruppi nazionali. Sotto la sua guida ripresero gli studi con marcatori radioattivi, utilizzati nel ratto per definire il destino metabolico dei diversi glucidi alimentari7.Nel 1980 la cattedra di fisiologia venne occupata da Mario Decandia che la tenne fino alla sua morte precoce avvenuta nel 1994. Al seguito di Torquato Gualtierotti, Decandia si era trasferito da Sassari alla grande fisiologia di Milano diretta da Rodolfo Margaria il quale, tra il 1966 e il 1967, allestì un laboratorio di neurofisiologia per ospitare il gruppo di ricerca di Sir John Eccles che nel 1963 vinse il premio Nobel per la fisiologia e la medicina e che allora viveva in una località sul Lago Maggiore. In quegli anni Decandia collaborò con il gruppo di Eccles, e in particolare con Helena Táboríkovà (che poi divenne moglie di Eccles), in ricerche che riguardavano i circuiti riflessi del midollo spinale8. Dal 1968 al 1970 Decandia studiò con Larry Gasteiger, presso la Cornell University di New York le variazioni di eccitabilità dei motoneuroni dei muscoli flessori ed estensori nel gatto utilizzando per la prima volta la stimolazione intracellulare di questi motoneuroni in vivo9. Passò quindi alla University of California – Los Angeles (UCLA) dove, con Earl Eldred, si occupò dei meccanismi spinali riflessi che fanno capo ai propriocettori muscolari e, in particolare, studiò nel gatto il significato degli adattamenti della pausa nella scarica di potenziali d’azione afferenti al midollo spinale, generati dallo stiramento dei fusi neuromuscolari10. Una volta a Cagliari, Decandia costituì un gruppo di ricerca di cui facevano parte Alberto Concu, di rientro da uno stage al Karolinska Intitutet di Stoccolma nel laboratorio per lo studio dei fusi neuromuscolari isolati coordinato da David Ottosson, e Giampaolo Orani che poi andrà a perfezionarsi da Giuseppe Sant’Ambrogio all’Università del Texas – Galvestron. Il gruppo di ricerca aveva la finalità di studiare gli effetti dell’attivazione dei propriocettori muscolari conseguenti all’attività fisica sul controllo nervoso della respirazione e della circolazione. Esperimenti condotti sui gatti misero in evidenza che la stimolazione elettrica delle fibre nervose di tipo Ib afferenti al midollo spinale dagli organi tendinei del Golgi produceva un istantaneo incremento della ventilazione polmonare11. Ancora, la stimolazione elettrica di fibre nervose afferenti dai propriocettori muscolari determinava nel gatto un immediato incremento della pressione arteriosa che dipendeva da un effetto alfa-adrenergico eccitatorio sulla muscolatura liscia dei vasi di resistenza12. Venivano così messi in luce i fondamentali elementi di conoscenza relativi all’ormai noto meccanismo di modulazione cardio-respiratoria attuato tonicamente da afferenze nervose extravasali e rispondenti allo stato metabolico dei muscoli in attività. Queste stesse conoscenze vennero in seguito trasferite all’uomo e gli esperimenti confermarono l’esistenza di controlli nervosi di origine muscolare per la modulazione sia della ventilazione polmonare12 che della gettata cardiacaa 14-15, in risposta alla domanda di ossigeno dei muscoli in attività. Questi presupposti  furono alla base della costituzione della scuola di specializzazione in Medicina dello sport dell’Università di Cagliari per la quale Mario Decandia si batté con grande determinazione. Dal 1994 al 1997 la cattedra di fisiologia di medicina fu occupata da Francesco Lacquaniti, un neurofisiologo formatosi da Carlo Terzuolo all’università del Minnesota – Minneapolis, che oggi viene considerato un’eccellenza mondiale nell’ambito del controllo nervoso del movimento e della biomeccanica applicati alla locomozione. Nonostante il breve periodo di permanenza a Cagliari, Lacquaniti impostò un programma scientifico che coinvolse direttamente Giampaolo Orani in una sperimentazione riguardante il coordinamento cinematico del passo in relazione al suo costo energetico16. Purtroppo con la scomparsa prematura di Giampaolo Orani questa promettente linea sperimentale si è fermata.

Situazione attuale

Venendo ai giorni nostri, non è difficile a questo punto dedurre l’influenza determinante che ha giocato la storia della fisiologia umana di Cagliari sull’orientamento scientifico e sulle scelte operative che hanno portato, intorno al 2006, alla costituzione di UNFISPO e del LABFS. Ora l’unità di ricerca è coordinata da Alberto Concu, professore ordinario di metodi e didattiche delle attività sportive e precedentemente associato di fisiologia umana, che è coadiuvato nella sua attività da Antonio Crisafulli, ricercatore di fisiologia e specialista in medicina dello sport con PhD in fisiologia cardio-vascolare, il quale per circa un anno ha collaborato con il gruppo di Andrew Coats presso il National Heart and Lung Institute dell’Imperial College di Londra17-18, dove ha perfezionato le sue conoscenze nell’ambito dei metaboriflessi, mettendo a punto un metodo non invasivo per la diagnosi precoce dello scompenso cardiaco. Infine, è recentissima l’acquisizione come ricercatore di fisiologia di Filippo Tocco, anch’egli specialista in medicina dello sport con PhD in bioenergetica della locomozione umana. Tocco ha importanti collegamenti con il mondo delle federazioni sportive (essendo lui stesso un valido maratoneta) e, ultimamente, ha condotto degli studi interessanti sugli aggiustamenti cardiometabolici durante l’apnea19-20, che rimettono in discussione l’idea consolidata che anche nell’uomo durante l’apnea in immersione il fenomeno della “diving bradicardia”  sia un meccanismo di risparmio di ossigeno.

Va anche aggiunto che con la costituzione nel 1997 del CITAS – Centro Interdipartimentale per le Tecnologie e gli Ambienti collegati allo Sport, dedicato a Mario Decandia e diretto da Alberto Concu, cui ha fatto seguito nel 2007 la costituzione dello Spin-Off Accademico “2C Technologies S.r.l.” anch’esso amministrato da Concu, nella UNFISPO sono confluite competenze  di tipo ingegneristico. Esse hanno aperto la via ad attività translazionali che integrano specificità biomediche con tecnologie di tipo meccatronico le quali hanno portato all’attuazione di diversi prototipi dedicati alla diagnosi e terapia di patologie cronico-degenerative in cui l’esercizio fisico è un presidio importante. Fra tutti vale la pena citare un sistema di attuatori pneumatici robotizzato, finalizzato al recupero della funzione diastolica in pazienti paraplegici21.

Bibliografia di riferimento

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  2. Artom C, Sarzana G, Perrier C, Santangelo M, Segrè A. Phospholipid syntesis during fat absorbation. Nature, 1937; 1105-1106.
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  6. Peretti G. Research on nutrition in Sardinia; food habits among the rural population in Sardinia, in an economically depressed region. Boll Soc Ital Biol Sper. 1957; 33 (1-2):36-8.
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