Joint loading in the presence of torsional deformities is overestimated unless gait adaptations are considered: a predictive simulation approach
Questo studio dimostra che le simulazioni predittive che incorporano adattamenti del cammino sono essenziali per stimare accuratamente il carico delle articolazioni dell'anca e del ginocchio in presenza di deformità torsionali femorali e tibiali, poiché non tenere conto di questi naturali aggiustamenti cinematici porta a una significativa sovrastima delle forze articolari.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Lo scheletro umano non è una statua rigida; è una struttura dinamica che si torce e ruota per tenerci eretti e in movimento. Nella parte inferiore del corpo, il femore e la tibia possiedono spesso una spirale naturale, una torsione lungo la loro lunghezza che aiuta ad allineare il piede con la direzione del movimento. A volte, questa torsione è più pronunciata del normale, una condizione nota come deformità torsionale. Quando il femore si torce troppo verso l'interno o la tibia si torce troppo verso l'esterno, l'intero modo in cui una persona cammina può cambiare. Per decenni, medici e scienziati si sono preoccupati che queste torsioni esercitino uno stress eccessivo e dannoso sulle articolazioni dell'anca e del ginocchio, portando potenzialmente a dolore o artrite in età avanzata. Per comprendere questo rischio, i ricercatori hanno tradizionalmente utilizzato modelli informatici per stimare le forze all'interno di queste articolazioni. Tuttavia, un interrogativo critico è rimasto aperto: questi modelli tengono conto del fatto che il corpo umano è abbastanza intelligente da cambiare il proprio stile di camminata per compensare un osso ruotato? Se un modello costringe una persona a camminare esattamente nello stesso modo indipendentemente dalla sua struttura ossea, potrebbe calcolare un livello di stress che non si verifica mai nella realtà.
Un team di ricercatori ha deciso di rispondere a questa domanda costruendo un nuovo tipo di simulazione informatica. Invece di costringere uno scheletro digitale a camminare con un modello fisso e immutabile, hanno creato un sistema che permetteva allo scheletro di capire autonomamente il modo più efficiente per camminare, data la specifica torsione delle sue ossa. Sono partiti da un modello standard di un essere umano adulto e poi hanno alterato sistematicamente la torsione del femore e della tibia per corrispondere all'ampia gamma di variazioni presenti nelle persone con queste deformità. Hanno eseguito migliaia di simulazioni di camminata, lasciando che il computer decidesse come l'anca dovesse ruotare e come i piedi dovessero orientarsi per avanzare fluidamente a un ritmo normale. L'obiettivo era vedere come cambiavano le forze all'interno dell'anca e del ginocchio quando al corpo veniva permesso di adattare il proprio movimento, rispetto a quando veniva costretto a camminare rigidamente senza alcun aggiustamento.
I risultati hanno rivelato che le naturali adattazioni del corpo sono potenti e alterano significatamente le forze che agiscono sulle articolazioni. Quando il femore presentava una torsione eccessiva verso l'interno, il camminatore simulato ruotava naturalmente l'anca verso l'interno e puntava le dita dei piedi verso l'interno per compensare. Questo aggiustamento ha cambiato la direzione delle forze che colpiscono l'articolazione dell'anca. Nella prima parte del passo, la forza di compressione che preme sull'anca è effettivamente diminuita rispetto a quanto previsto dai modelli più vecchi. Tuttavia, la forza di scivolamento laterale, o taglio, è aumentata. Nella seconda parte del passo, la forza totale sull'anca è leggermente aumentata. Al ginocchio, la storia è diversa: la torsione del femore ha portato a forze di compressione e forze totali più elevate sia all'inizio che alla fine del passo. La torsione della tibia ha avuto un effetto minore, riducendo principalmente la forza sul secondo picco del passo.
Fondamentalmente, lo studio ha dimostato che ignorare questi adattamenti della camminata porta a una seria sovrastima del pericolo. Quando i ricercatori hanno eseguito una simulazione in cui hanno costretto il modello con l'osso ruotato a camminare con gli stessi movimenti delle gambe di una persona sana, il computer ha calcolato forze articolari molto più elevate rispetto a quando permetteva al modello di adattarsi. In un confronto, la differenza nel secondo picco della forza di contatto risultante del ginocchio tra l'approccio non adattivo e la simulazione predittiva era circa tre volte più grande. Ciò suggerisce che gli studi precedenti, che non permettevano cambiamenti nella deambulazione, potrebbero essere stati troppo pessimisti riguardo allo stress esercitato su queste articolazioni. La capacità del corpo di riorientare le proprie estremità funge da cuscinetto, riducendo il carico in alcune aree mentre lo sposta in altre.
I ricercatori hanno scoperto che la torsione del femore è il principale motore di questi cambiamenti, avendo un impatto sulla sollecitazione articolare molto più grande rispetto alla torsione della tibia. Hanno anche notato che, sebbene le loro simulazioni catturassero i modelli generali di come le persone con queste deformità camminano, i numeri esatti dipendono dai dettagli specifici del modello informatico. Lo studio non pretende di aver risolto il mistero di come queste deformità causino dolore, ma fornisce un quadro più chiaro della meccanica coinvolta. Lasciando che lo scheletro digitale trovasse il proprio equilibrio, i ricercatori hanno dimostrato che il corpo umano non è una vittima passiva della struttura ossea, ma un partecipante attivo che si regola costantemente per proteggere le proprie articolazioni. Questa intuizione suggerisce che le future decisioni mediche riguardanti la chirurgia o il trattamento dovrebbero fare affidamento su modelli che rispettino questi naturali adattamenti della camminata, piuttosto che assumere che il corpo si muova in modo rigido e immutabile.
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