Ricerche

Un nuovo studio incentrato sulle dinamiche vascolari del cervello sfida l'attuale metodo prevalente di diagnosi e trattamento della demenza.

Oltre 7 milioni di americani vivono con il morbo di Alzheimer (MA) e con la straziante battaglia quotidiana contro gli effetti del declino cognitivo. Secondo l'Alzheimer's Association, i cambiamenti cerebrali che causano la malattia iniziano effettivamente più di 20 anni prima dell'insorgenza dei sintomi, evidenziando la necessità di una diagnosi precoce e accurata. Tuttavia, gli attuali strumenti diagnostici coinvolgono prelievi spinali dolorosi, scansioni costose e test cognitivi che possono essere limitati nella loro precisione.

Una nuova ricerca guidata da ingegneri biomedici della University of Southern California di Los Angeles ha scoperto il ruolo chiave delle dinamiche del flusso sanguigno del cervello nel MA, offrendo uno strumento diagnostico più semplice e non invasivo che potrebbe rimodellare decenni di pensiero convenzionale per capire e trattare questa malattia debilitante. Il lavoro, diretto da Vasilis Marmarelis, professore di Ingegneria Biomedica, è stato pubblicato su Alzheimer’s & Dementia: Diagnosis, Assessment & Disease Monitoring.

Per anni, il consenso prevalente nella ricerca e nella cura clinica del MA è andato all'ipotesi 'cascata amiloide', che suggerisce che un frammento proteico chiamato amiloide-beta (Aβ) è il principale colpevole del MA. Quando troppa Aβ si accumula nel cervello, innesca l'accumulo di un'altra proteina, la tau, che forma grumi attorcigliati chiamati 'grovigli tau' all'interno delle cellule cerebrali. Si pensa quindi che questi grovigli causino il malfunzionamento delle cellule cerebrali, che alla fine muoiono, portando al declino cognitivo osservato nel MA.

Gli attuali metodi diagnostici ruotano in gran parte attorno al rilevamento di queste patologie Aβ e tau. Ciò richiede spesso prelievi spinali fastidiosi e rischiosi per prelevare liquido cerebrospinale da analizzare. Più di recente, è emersa la scansione con tomografia a emissione di positroni ('PET amiloide' o 'PET tau'), in cui viene iniettato un tracciante radioattivo per visualizzare placche amiloidi o grovigli tau nel cervello, un test così costoso che di solito è limitato agli ambienti accademici di ricerca. Più recenti sono i biomarcatori del sangue con lo stesso scopo, che si dimostrano promettenti per il futuro.

"I medici prendono le emissioni da quel tracciante radioattivo PET come misura approssimativa di quanta Aβ o tau c'è nel cervello della persona", ha detto Marmarelis. "Parlando per esperienza, dopo aver visto i dati nel mio studio, ti dico che è molto inadeguato. Ma è il sistema di riferimento, anche se la maggior parte dei medici non lo fa perché è molto costoso".

Senza questi test biologici costosi e invasivi, molti neurologi si rivolgono a test di valutazione cognitiva come il Mini-Mental State Examination (MMSE) e il Montreal Cognitive Assessment (MOCA), questionari comportamentali basati su interviste volti a testare la funzione cognitiva. "Il MOCA ti dà un'idea delle capacità cognitive di una persona", ha detto Marmarelis. "Ma questi non sono test biologici o fisiologici. Questi sono solo test comportamentali soggetti a ogni tipo di devianze, imperfezioni ed errori".

Rovesciare il copione: nuova attenzione all'idraulica del cervello

Invece di guardare le placche amiloidi del cervello, Marmarelis e i suoi collaboratori si sono concentrati sul modo in cui il flusso sanguigno nel cervello si autoregola per ossigenare il tessuto cerebrale, e se una possibile disregolazione può causare un deterioramento cognitivo. Pensala come un'ispezione meticolosa di come funziona il sistema idraulico della tua casa piuttosto che guardare la ruggine sui tubi.

La ricerca del team di ricerca ha sfruttato i dati di 200 partecipanti per 5 anni, studiando l'intricata relazione dinamica tra cambiamenti naturali della pressione arteriosa, dell'anidride carbonica (CO₂) nel sangue e delle fluttuazioni risultanti del flusso sanguigno cerebrale e l'ossigenazione del tessuto corticale.

"Quando ci impegniamo in uno sforzo cognitivo, generiamo CO₂ dal metabolismo nelle nostre cellule cerebrali, che ovviamente deve essere portato via dal sangue per evitare l'acidosi", ha detto Marmarelis. "Il nostro corpo è dotato di questo meccanismo regolatorio chiamato 'reattività vasomotoria', che dilata (allarga) i nostri vasi cerebrali quando la CO₂ sale nel sangue, in modo che possa passare più sangue e sia espulso l'eccesso di CO₂".

Quindici anni fa, Marmarelis fece un'osservazione fortuita: i pazienti di MA mostrano una reattività vasomotoria compromessa: "Non riescono a dilatare i vasi cerebrali per portare più sangue e fornire un'adeguata perfusione del sangue al cervello. Ciò significa che non ricevono in modo tempestivo ossigeno, nutrienti e glucosio di cui c'è bisogno per la cognizione".

Nel nuovo studio, il team di Marmarelis ha testato questa osservazione, sviluppando una nuova 'fisio-marcatura' chiamata Indice di Dinamica Cerebrovascolare (CDI, Cerebrovascular Dynamics Index). Questo test non invasivo usa ultrasuoni Doppler non invasivi per misurare la velocità del flusso sanguigno in alcune arterie principali del cervello e la spettroscopia del vicino infrarosso per misurare l'ossigenazione nella parte anteriore della corteccia cerebrale: "Questo tipo di 'concettualizzazione ingresso-uscita' usa sofisticati metodi di 'modellazione dinamica' sviluppati nel nostro laboratorio per quantificare la rapidità e l'efficacia con cui l'afflusso di sangue del cervello risponde a sottili cambiamenti di pressione e CO₂".

Precisione senza precedenti e nuova speranza di un trattamento

Il team di ricerca ha ottenuto alcuni risultati incoraggianti: il CDI ha mostrato eccellenti prestazioni diagnostiche, differenziando individui con lieve compromissione cognitiva (MCI) o MA da soggetti di controllo cognitivamente normali con un'«Area Sotto la Curva» (AUC) di 0,96. L'AUC è una misura statistica comune delle prestazioni diagnostiche; un valore di 1,0 è perfetto e 0,5 è una possibilità casuale.

Per contestualizzare, il test PET amiloide ha raggiunto un AUC di soli 0,78, mentre i test cognitivi MOCA e MMSE erano rispettivamente 0,92 e 0,91. Marmarelis ha sottolineato che la differenza tra 0,78 e 0,96 si è tradotta in un "miglioramento molto sostanziale" nella capacità del test di identificare correttamente quelli con e senza la condizione.

"Quello che abbiamo, che altri non avevano prima, è una metodologia per quantificare queste relazioni dinamiche estremamente robuste e accurate", ha detto Marmarelis. "Ora possiamo differenziare i pazienti con MCI e MA dai controlli cognitivamente normali molto meglio della misurazione PET e persino meglio del test neurocognitivo MOCA. Ciò indica che l'aspetto particolare della disregolazione della perfusione cerebrale può essere l'aspetto critico nella patogenesi di questa malattia, probabilmente in combinazione con altri fattori, incluso l'accumulo di Aβ".

Questo profondo cambiamento nella comprensione del MA potrebbe spianare la strada a nuove strategie di trattamento e prevenzione incentrate sul miglioramento della regolazione del flusso sanguigno e dell'ossigenazione cerebrale. Marmarelis ha affermato che ciò potrebbe coivolgere diverse strade promettenti che sono ancora in fase di valutazione per la loro potenziale efficacia:

• Cambiamenti dello stile di vita: Marmarelis ha affermato che un buon approccio comporterebbe esercizio aerobico regolare, semplice come una camminata giornaliera di 20-30 minuti per attivare meccanismi che ripristinano la regolazione del flusso sanguigno sano. Ciò sarebbe anche sostenuto da una dieta sana, evitando grassi e sangue eccessivi, oltre a ridurre lo stress. Marmarelis ha osservato che un recente studio dell'Alzheimer's Association conferma con forza questo approccio terapeutico, con risultati che mostrano marcati benefici cognitivi nei partecipanti che hanno preso parte a un programma di due anni di esercizio aerobico e di aderenza alla dieta MIND, che enfatizza le verdure a foglia verde, le bacche, le noci, i cereali integrali, l'olio di oliva e il pesce e limita lo zucchero e i grassi malsani.
• Ipossia intermittente indotta e ipercapnia: ciò comporta un'inalazione controllata di ossigeno leggermente ridotto e un aumento della CO2 con una maschera. Simile ai metodi di allenamento usati dagli atleti per migliorare le prestazioni, i dati preliminari mostrano che può migliorare la regolazione del flusso sanguigno cerebrale.
• Neurostimolazione vagale auricolare transcutanea (taVNS, Transcutaneous Auricular Vagal Neurostimulation): questa tecnica sicura e non invasiva stimola il ramo auricolare del nervo vago (il nervo chiave del corpo che aiuta a regolare molte funzioni) attraverso un auricolare. I risultati preliminari suggeriscono che ciò può anche avere un impatto positivo sulla regolazione del flusso sanguigno cerebrale.

Altri interventi benefici possono essere sviluppati e testati in futuro. Marmarelis ha affermato che oltre al MA, questi risultati hanno implicazioni più ampie per il trattamento e la diagnosi di altre demenze.