aNETomy® – THE HUMAN BIOMECHANICAL NETWORK PROJECT


Grazie alla collaborazione con il Dipartimento di Anatomia dell’Università di Firenze è partito da quest’anno il progetto di ricerca aNETomy® per la realizzazione e l’analisi di una rete anatomica biomeccanica. Tale progetto ha lo scopo di studiare la complessità strutturale e funzionale dell’anatomia umana ed in particolare tutto ciò che viene descritto comunemente come sistema muscolo-scheletrico. Un progetto che ci porta oltre la classica visione morfologica, introducendo un nuovo strumento capace di analizzare matematicamente la struttura anatomica.

LA STORIA – Lo spunto parte da un modello teorico di continuum tessutale. L’evidente continuità anatomica dei tessuti ed il loro costante scambio di informazioni meccaniche è oggi un argomento affrontato in diversi ambiti della ricerca medica e biologica, per cui abbiamo deciso di costruire un modello sperimentale in silico (modello computerizzato) per studiare e misurare alcuni aspetti funzionali di questo continuum connettivale. Siamo partiti con la costruzione di un grande database di relazioni anatomiche costituito dalle parti anatomiche del sistema muscolo-scheletrico (nomenclatore anatomico internazionale) per ottenere un modello chiamato Biomechanical Network, cioè una serie di punti (nodi) e di linee (link), che grazie alle rappresentazioni di appositi software ci fornisce non solo una mappa grafica dei collegamenti tra le parti anatomiche, ma anche gli strumenti per misurarne aspetti topologici e funzionali.

L’IDEA – il Biomechanical Network descrive il mezzo fisico nel quale fluisce l’informazione meccanica che è costantemente in circolo nel corpo umano. Come prima accennato, la comunicazione meccanica è studiata in diversi ambiti. Si sa oramai che le cellule comunicano meccanicamente tra loro anche a distanza attraverso il fenomeno chiamato durotassimentre la continuità tra i tessuti ma soprattutto l’organizzazione strutturale di cellule e organismi, ha dato origine a teorie come la biotensegrità. L’applicazione del concetto di biotensegrità ma soprattutto di network viene sempre più utilizzato in bioingegneria meccanica per la realizzazione di protesi con funzioni motorie complesse e robot di nuova generazione, estendendo il fenomeno di comunicazione meccanica dalle singole cellule ai tessuti in cui prende il nome di Comunicazione Morfologica. La riduzione o il sovraccarico del flusso di informazioni in una o più parti anatomiche o nodi del network, può generare dei veri e propri guasti nella rete e quindi dare origine a sintomatologie acute e croniche del sistema osteo-articolare e muscolare. L’improvvisa acutizzazione di un dolore ad un gomito, ad un ginocchio o di un muscolo, deve essere considerato come l’effetto di un alterato adattamento dell’intero network biomeccanico a stress di varia natura che determinano l’aumento delle forze meccaniche tensionali nel corpo. Le evidenze cliniche confermano che nella maggior parte dei casi i dolori del sistema biomeccanico non sono riconducibili a problematiche locali di singole parti anatomiche o stati patologici specifici, bensì sono caratterizzati da una forte aspecificità e frequentemente dipendono dalla partecipazione di più fattori. La nostra idea è che il sovraccarico strutturale sicuramente ricopre un ruolo importante nella perturbazione della funzione di movimento, che nel tempo agisce come un meccanismo disfunzionale, attivatore di dolore e ridotta efficacia del movimento. Il modello disfunzionale appena descritto può essere definito allostatico e in condizioni di sovraccarico allostatico il sistema biomeccanico potrebbe determinare patologie più gravi ed infortuni.

LA PRATICA – Come già inizialmente accennato il Network Biomeccanico è un modello che descrive l’anatomia del sistema osteo-mio-fasciale nella sua globalità e che ci consente di evidenziare e misurare il ruolo di ogni singola parte anatomica inserita in una complessa rete di relazioni. Allo stesso tempo è possibile osservare il comportamento dell’intera struttura quando sollecitata da singole alterazioni anatomiche o disfunzioni, sia attraverso simulazioni che rilevazioni effettuate su pazienti. Uno dei nostri primi obiettivi è quello di trovare gli indici di funzionalità che caratterizzano l’efficienza strutturale del network biomeccanico, cioè quel parametro di riferimento che rappresenta la soglia oltre la quale il sistema si affatica, entrando in crisi e generando mal funzionamenti. I risultati finora ottenuti vengono costantemente verificati in ambito clinico ed oggi siamo in grado di far previsioni sulla rigidità o stiffness della struttura grazie all’utilizzo di specifiche mappe di rilevazione e strumenti sofisticati, sia su soggetti sani che sintomatici. I dati rilevati vengono analizzati con algoritmi realizzati dalla nostra equipe e ciò consente di ricostruire una mappa personalizzata del soggetto analizzato.