LARC (Laboratorio di Ricerche Cardiovascolari)

Il monitoraggio in continuo di grandezze relative al sistema cardiocircolatorio e respiratorio (pressione arteriosa, frequenza cardiaca, volume e frequenza respiratoria, ecc) è fondamentale nello studio della fisiologia e della fisiopatologia del sistema cardiovascolare, del controllo neurogeno del circolo e delle interazioni tra respirazione e circolazione. E' inoltre uno strumento importante in numerose applicazioni cliniche.

Dal punto di vista tecnologico, questo tipo di monitoraggi coinvolge problematiche che spaziano dalla rilevazione dei segnali (con particolare attenzione alla noninvasività e non intrusività dei dispositivi di misura), alla gestione, analisi ed interpretazione dei dati biologici. In questo ambito si sono sviluppate specifiche linee di ricerca all'interno dell'area di cardiorespiratoria-neurovegetativa.

Una di queste linee è dedicata allo sviluppo o alla validazione di dispositivi per il monitoraggio delle grandezze cardiovascolari e respiratorie. Le attività di questa linea sono finalizzate a sviluppare apparecchiature innovative, che consentano registrazioni non invasive e continue su lunghi periodi, e che interferiscano il meno possibile con le attività del soggetto. In questo ambito vengono in particolare sviluppati dispositivi di monitoraggio "wearable", cioè indossabili come un normale capo di vestiario.

Questo approccio consente non solo monitoraggi di lungo periodo (ad esempio sulle 24 ore) in pazienti liberi di muoversi e di svolgere le normali attività quotidiane. Ma dal momento che questi dispositivi non interferiscono, se non minimamente, con le attività del soggetto, divengono possibili monitoraggi anche durante attività estreme o in condizioni proibitive.

Un'altra linea di ricerca è dedicata alla creazione di algoritmi o di procedure per il trattamento dei segnali biologici derivati dai monitoraggi cardiovascolari. Infatti i dispositivi di monitoraggio non intrusivi o indossabili dispongono di risorse hardware limitate per ovvie esigenze di miniaturizzazione. Ciò richiede di rivedere le modalità di pre-elaborazione o di compressione dei segnali, utilizzando procedure ad-hoc. D'altro lato, la necessità di analizzare grandi quantità di dati, monitorati a volte sulle 24 ore in attività spontanea, richiede affidabili algoritmi d'analisi automatica. Questi algoritmi devono ad esempio poter riconoscere e rimuovere efficacemente gli artefatti, od identificare automaticamente le condizioni di steady-state del sistema, piuttosto che le transizioni tra differenti punti di lavoro.

Una ulteriore linea di ricerche si occupa di realizzare modelli matematici ed algoritmi per l’interpretazione dei dati. Analisi matematiche dei segnali raccolti consentono di valutare le caratteristiche della regolazione autonomica del circolo e della funzionalità dei riflesso barocettivo, e di valutarne le modulazioni nel tempo durante l'arco della giornata, o l'adattamento durante specifiche attività

Nell'ambito dello studio della fisiologia del sistema cardiovascolare, è stata aperta una linea di ricerca per valutare l'adattamento del sistema cardiovascolare in condizioni di gravità alterata. Diversi sono i motivi per studiare la fisiologia umana durante esposizione a differenti valori di accelerazione di gravità. Da un lato la migliore comprensione di come il sistema cardiocircolatorio si adatti alla assenza di gravità può consentire di trovare efficaci contromisure per evitare l'ipotensione ortostatica, un disagio che colpisce sia gli astronauti dopo prolungata esposizione a microgravità, sia i pazienti rimasti immobili a letto per un lungo periodo (assenza di gravità e prolungata permanenza a letto producono simili adattamenti cardiovascolari). Inoltre l'assenza di gravità produce negli astronauti una serie di degenerazioni reversibili simili all'invecchiamento, rendendo l'astronauta un possibile modello dell'invecchiamento umano. Infine la risposta del sistema cardiovascolare agli stimoli derivanti dall'esposizione a gravità alterata (spostamento di volumi di sangue tra diversi distretti vascolari, sollecitazione del sistema vestibolare) aiuta a comprendere meglio i meccanismi di controllo e regolazione, e le interazioni tra vari sistemi fisiologici. In questo ambito sono stati condotti studi di fisiologia a bordo dello space shuttle Columbia e durante voli parabolici.

I metodi sviluppati per la valutazione della funzionalità dei meccanismi di controllo del circolo (in particolare la funzionalità del controllo autonomico e del riflesso barocettivo), ed il loro adattamento dinamico durante le normali attività quotidiane o durante specifici test di laboratorio, hanno suscitato grande interesse per le rilevanti applicazioni diagnostiche. L'interesse clinico è sottolineato da dati sperimentali che indicano come la cardiovascolare ed il guadagno del controllo neurogeno del cuore esercitato dal barocettore hanno un rapporto significativo con la prognosi del paziente con disfunzioni cardiovascolari. Le procedure da noi sviluppate sono quindi estensivamente applicate in studi clinici, in cooperazione con diversi centri della Fondazione Don Gnocchi e con altri istituti esterni, tra cui il Centro di Fisiologia Clinica ed Ipertensione del Policlinico di Milano, il Centro Auxologico Italiano e l’Ospedale S. Gerardo di Monza. Le applicazioni cliniche hanno permesso di studiare gli effetti dell'invecchiamento e di numerose patologie (ipertensione, infarto miocardico, diabete, disautonomie, apnee ostruttive, lesione spinale).