Notizia

Dec 05, 2023

Lo studio rivela la meccanica dell'intervento chirurgico ideale

EPFL researchers have published a first study on the

I ricercatori dell’EPFL hanno pubblicato un primo studio sulla meccanica dei nodi chirurgici, con risultati che potrebbero essere utilizzati per addestrare i chirurghi a realizzare suture più forti e più sicure, un’abilità che di solito richiede anni di pratica per essere padroneggiata.

Politecnico federale di Losanna

immagine: Nodo chirurgico legato su supporto rigidovedere di più

Credito: Alain Herzog / EPFL

Pensa all'ultima volta che hai allacciato la scarpa: forse l'hai allacciata strettamente o hai fatto più nodi per assicurarti che i lacci non si slacciassero. Probabilmente ti sei affidato all'intuito per dirti quanta tensione applicare per evitare che i lacci si slacciassero, senza tirare abbastanza forte da romperli.

Forse sorprendentemente, i chirurghi adottano anche un approccio intuitivo per annodare le suture. Anche se in chirurgia vengono spesso utilizzati semplici nodi quadrati e scorrevoli, ci vogliono anni per padroneggiarli in modo che rimangano in posizione senza allentarsi o rompersi. Sono state condotte molte ricerche matematiche sulla topologia e sulla geometria dei nodi, ma si sa poco sulla meccanica dei nodi nel contesto delle variabili fisiche, come le proprietà materiali dei filamenti annodati.

"È sorprendente pensare quanto facciamo affidamento sui nodi, quando non capiamo veramente come funzionano", afferma Pedro Reis, capo del Laboratorio di strutture flessibili presso la Facoltà di Ingegneria (Istituto di Ingegneria Meccanica). Reis e il dottorando Paul Johanns hanno collaborato con il chirurgo plastico di Losanna Samia Guerid per condurre un primo studio basato sulla fisica – recentemente pubblicato su Science Advances – sulla meccanica dei nodi chirurgici e esattamente su quali proprietà influenzano la loro resistenza.

"La comprensione della meccanica dei nodi chirurgici può sensibilizzare i chirurghi esperti, essere incorporata nei programmi di formazione e far avanzare la chirurgia robotica consentendo capacità di legatura dei nodi più efficaci", afferma Guerid. "Tale conoscenza potrebbe anche influenzare lo sviluppo di materiali di sutura che migliorano la resistenza allo scivolamento nei nodi scorrevoli."

Il potere della plasticità

Reis, un appassionato scalatore, ha un interesse personale per i nodi sicuri e ha condotto diversi studi precedenti sulla meccanica dei nodi. Spiega che molti nodi possono essere descritti come strutture a estremità libere che forniscono una forza di tenuta, con la loro funzionalità dettata dalle variabili di topologia, geometria, elasticità, contatto e attrito. Ma per lo studio dei nodi chirurgici, Reis e i suoi colleghi hanno considerato un sesto fattore chiave: la plasticità polimerica del filamento di sutura.

La resistenza delle suture realizzate con filamenti di polipropilene utilizzate in chirurgia dipende dalla tensione applicata durante la realizzazione del nodo (pretensione). Questa pretensione deforma o allunga permanentemente il filamento, creando una forza di tenuta. Troppa poca pretesa fa sì che il nodo si sciolga; troppo spezza il filamento.

Il team ha analizzato 50-100 nodi legati da Guerid e ha scoperto che il chirurgo era in grado, grazie ai suoi anni di esperienza, di individuare intuitivamente il "punto debole" della pretensione. Utilizzando esperimenti di precisione, tomografia microcomputerizzata a raggi X e simulazioni al computer, gli scienziati hanno definito una soglia tra nodi "allentati" e "stretti" e hanno scoperto le relazioni tra forza del nodo e pretensione, attrito e numero di lanci.

"Sorprendentemente, nonostante la complessa interazione tra tutti e sei i fattori, abbiamo osservato un comportamento emergente semplice e robusto rispetto alla forza del nodo. Ma non abbiamo ancora un modello predittivo per spiegare completamente la relazione tra pretensione del nodo e forza, che sembra essere coerente, anche al di fuori dei nodi chirurgici. Stiamo già esaminando la questione."

Uno strumento di formazione per chirurghi... e robot

I risultati del team potrebbero rappresentare uno strumento prezioso per la formazione dei chirurghi, poiché potrebbero consentire di tradurre i parametri di un nodo sicuro in linee guida pratiche. Sebbene l’esperienza rimarrebbe importante, l’idea è che l’uso di nodi sicuri potrebbe essere insegnato utilizzando modelli predittivi, piuttosto che l’intuizione acquisita solo attraverso anni di pratica.