Risposte cerebrali durante l'esercizio in ipossia (CERVOX)

Nel paradigma classico della fisiologia dell'esercizio, la capacità cardio-respiratoria e l'affaticamento muscolare sono ritenute il limite della tolleranza all'esercizio. Tuttavia, ci sono situazioni sperimentali in cui non è possibile spiegare la limitazione delle prestazioni dell'esercizio utilizzando questo paradigma classico, ed è quindi necessario cercare un'alternativa. Recenti indagini evidenziano cambiamenti associati all'esercizio nel cervello, ad es. alterazioni della perfusione cerebrale, dell'ossigenazione cerebrale e dell'eccitabilità dei neuroni. Inoltre, diversi risultati suggeriscono che in alcune condizioni il sistema nervoso centrale non riesce a guidare adeguatamente i motoneuroni, cioè la cosiddetta fatica centrale. Tuttavia, il fenomeno della limitazione centrale all'esercizio ei suoi meccanismi neurofisiologici sottostanti devono ancora essere chiariti. Il metabolismo cerebrale e le risposte neuroumorali durante l'esercizio faticoso sono quindi da indagare per proporre un nuovo paradigma in grado di spiegare la limitazione dell'esercizio. Tra le condizioni in cui il paradigma classico della limitazione delle prestazioni dell'esercizio non sembra adattarsi alle osservazioni reali, l'esercizio in ambiente ipossico sembra essere particolarmente impegnativo. Alcuni dati suggeriscono infatti che la risposta cerebrale all'esercizio può essere sostanzialmente modificata nell'ipossia rispetto alla normossia.

Quindi, nel presente progetto, i ricercatori mirano a valutare l'effetto dell'ipossia sull'adattamento del cervello all'esercizio in un essere umano sano. In particolare, l'obiettivo è valutare la risposta neurofisiologica del cervello a un esercizio faticoso, compresa la perfusione cerebrale e l'ossigenazione, l'attivazione cerebrale, l'eccitabilità corticale e il comando motorio risultante durante l'inalazione di miscele di gas normossiche o ipossiche. Per raggiungere questi obiettivi, verranno utilizzati approcci metodologici complementari durante l'esercizio sia in condizioni normossiche che ipossiche: la risonanza magnetica funzionale (fMRI) sarà utilizzata per valutare l'attivazione cerebrale, il metodo di risonanza magnetica nucleare ASL (perfusion imaging arterial spin labeling) valuterà la regione perfusione cerebrale, la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) consentirà la misurazione dell'ossigenazione cerebrale, la misurazione del potenziale evocato motorio in risposta alla stimolazione magnetica transcranica (TMS) valuterà l'eccitabilità corticale, la misurazione del livello di attivazione centrale (valutata mediante TMS) e la i segnali elettromiografici (EMG) valuteranno il comando motorio. Inoltre, per tenere conto dell'effetto della massa muscolare coinvolta durante l'esercizio e della durata dell'esposizione ipossica, l'adattamento cerebrale all'esercizio in ipossia sarà valutato per compiti motori che coinvolgono gruppi muscolari piccoli (adduzione del pollice) o grandi (estensione del ginocchio, cicloergometria) nonché per esposizione ipossica acuta (<1 ora) o prolungata (diverse ore: 6 ore). Questo approccio multitecnico sarà possibile grazie a questo progetto di collaborazione tra tre partner esperti in indagini sulle funzioni cerebrali e fisiologia dell'esercizio (Institut Fédératif de Recherche 'RMN Biomédical et Neurosciences' Joseph Fourier University and University Hospital, Grenoble; 'Exercise Physiology' Laboratory, University Hospital, St Etienne; 'Motor Efficiency and Deficiency Laboratory', Montpellier I University, Montpellier).

I ricercatori ipotizzano che l'ipossia aumenterebbe la perturbazione cerebrale associata a un dato esercizio faticoso, cioè indurrebbe una maggiore riduzione del sangue cerebrale e dell'ossigenazione cerebrale, una maggiore riduzione dell'eccitabilità corticale e dell'attivazione centrale nonché una maggiore riduzione del comando centrale, e questo in particolare quando è coinvolta una grande massa muscolare così come quando l'esposizione ipossica è prolungata.

Questo progetto mira a rinnovare la nostra visione della limitazione delle prestazioni dell'esercizio umano così come la nostra comprensione della tolleranza all'esercizio in condizioni ipossiemiche. Quest'ultimo è rilevante per la medicina dello sport e dell'altitudine che si occupa dell'esercizio e della tolleranza all'altitudine, nonché per le malattie caratterizzate da ipossiemia e intolleranza all'esercizio come ad esempio le malattie respiratorie come le malattie polmonari croniche ostruttive.