Variabilità della frequenza cardiaca: per decenni, il battito del cuore è stato considerato un fenomeno complesso, influenzato da numerose variabili fisiologiche. Alcuni scienziati avevano persino ipotizzato che la sua dinamica potesse essere caotica, cioè imprevedibile. Oggi, però, un gruppo di giovani ricercatori italiani ha dimostrato il contrario.
Il cuore non batte in modo casuale, ma segue una logica matematica deterministica. A rivelarlo è uno studio condotto dall’Università di Pisa, frutto della collaborazione tra il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e quello di Matematica.
Lo studio è stato presentato alla conferenza internazionale IEEE Engineering in Medicine and Biology Society e ha ricevuto il Best Student Paper Award, superando progetti provenienti da oltre 70 Paesi.
Variabilità della frequenza cardiaca: una scoperta che parte dal battito cardiaco
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Alla base della ricerca c’è la cosiddetta variabilità della frequenza cardiaca (HRV). Questa serie di dati rappresenta gli intervalli di tempo tra battiti consecutivi, ottenuti tramite l’elettrocardiogramma. Questi intervalli non sono casuali, ma il risultato di un’interazione complessa tra il sistema nervoso autonomo, la respirazione, l’attività ormonale e la pressione arteriosa.
Il lavoro di Martina Bianco, dottoranda in ingegneria biomedica, ha dimostrato che la dinamica di questi intervalli segue un modello regolare. Non è caotica, non dipende in modo critico da condizioni iniziali instabili. È invece prevedibile e ordinata, anche in presenza del cosiddetto “rumore fisiologico”, ovvero quella componente casuale dovuta a fluttuazioni interne o errori di misurazione.
Variabilità della frequenza cardiaca: perché è importante sapere che il cuore è regolare
Questa scoperta ha un grande valore non solo teorico, ma anche clinico. Se il cuore segue una dinamica deterministica, allora è possibile costruire modelli matematici affidabili che ne descrivano il comportamento nel tempo.
Questi modelli possono aiutare i medici a identificare in anticipo segnali di rischio cardiovascolare. In altre parole, si potranno definire nuovi biomarcatori digitali capaci di prevedere l’insorgenza di malattie cardiache prima che si manifestino sintomi evidenti.
Non si tratta di un dettaglio. Le patologie cardiovascolari rappresentano ancora oggi la prima causa di morte nel mondo. Intervenire precocemente, grazie a strumenti matematici e tecnologici, può fare la differenza tra prevenzione e diagnosi tardiva.
Il cuore come sistema complesso, ma governato da regole
Per arrivare a questi risultati, i ricercatori hanno applicato metodi avanzati dell’analisi dinamica e della teoria dei sistemi. Il cuore, in questo approccio, è visto come un sistema fisiologico complesso ma regolare, in cui ogni battito è il risultato di un processo ordinato.
È stato così possibile distinguere i dati fisiologici da quelli disturbanti, e capire che anche nelle fluttuazioni più irregolari si nasconde un disegno coerente. Il metodo può essere esteso anche ad altri ambiti, come la respirazione, la pressione arteriosa o l’attività cerebrale, aprendo la strada a nuove frontiere nella bioingegneria.
Variabilità della frequenza cardiaca: cuore e tecnologie
Negli ultimi anni, le tecnologie legate alla salute cardiovascolare hanno fatto enormi progressi. Dispositivi di ultima generazione, intelligenza artificiale e sensori miniaturizzati stanno trasformando il modo in cui monitoriamo il cuore.
Tra gli strumenti più diffusi ci sono i dispositivi indossabili: orologi, bracciali o cerotti intelligenti che registrano in tempo reale battiti, pressione e saturazione. Questi dispositivi comunicano con app e piattaforme cloud che analizzano i dati, spesso sfruttando algoritmi predittivi.
Alcuni pacemaker moderni sono ormai veri e propri computer impiantati, capaci di adattare la stimolazione elettrica alle condizioni del paziente in tempo reale. Esistono anche defibrillatori impiantabili intelligenti, che riconoscono le aritmie e intervengono automaticamente prima che si verifichi un arresto cardiaco.
Un’altra frontiera è rappresentata dai biomarcatori digitali. Si tratta di indicatori derivati da dati fisiologici raccolti con tecniche non invasive, come la HRV. Questi marcatori possono fornire informazioni preziose sul rischio di infarto, scompenso o fibrillazione atriale.
Tabella: strumenti e tecnologie per la salute del cuore
| Tecnologia | Funzione | Vantaggi |
|---|---|---|
| HRV e analisi matematica | Previsione rischio cardiovascolare | Individua alterazioni prima dei sintomi |
| Pacemaker intelligente | Stimola il cuore in modo adattivo | Migliora la qualità della vita |
| Defibrillatore impiantabile | Corregge aritmie gravi | Salva la vita in caso di arresto cardiaco |
| Wearables e smartwatch | Monitoraggio continuo del cuore | Prevenzione a domicilio |
| Intelligenza artificiale | Analisi di grandi volumi di dati | Diagnosi più rapide e accurate |
Variabilità della frequenza cardiaca: il riconoscimento
Il premio ricevuto all’EMBC di luglio 2025 ha un valore che va oltre il singolo studio. Rappresenta un riconoscimento alla collaborazione tra matematica e ingegneria, due discipline spesso distanti, ma che qui si incontrano per comprendere uno degli organi più complessi e affascinanti del corpo umano.
Come sottolineato da Gaetano Valenza e Claudio Bonanno, la sinergia tra ricerca teorica e applicata è fondamentale per progredire. Il cuore può essere studiato non solo dal punto di vista medico, ma anche come oggetto matematico, in cui ogni battito ha una logica interna che possiamo finalmente decifrare.