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Como é o primeiro modelo matemático do sistema muscular humano

Autores esperam que esquemas desse tipo auxiliem na previsão de lesões compensatórias, que surgem quando um músculo sofre desgaste por conta do mau funcionamento de outro

    Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, nos EUA, desenvolveram um modelo matemático, ligado à geometria, que demonstra as relações que ossos e músculos mantêm no corpo humano. No esquema, ossos são representados como pontos e músculos como linhas, que têm a função de conectar tais pontos. A ideia é que, investigando essas conexões, médicos e fisioterapeutas possam compreender melhor a área de influência que cada músculo possui no corpo, auxiliando na prevenção e recuperação de lesões.
    Foto: Danielle Bassett/Divulgação
    Esquema, criado por pesquisadores norte-americanos pretende servir na predição de lesões musculares

    A escolha de representar graficamente o impacto de elementos menores em um cenário mais amplo faz referência a um campo da ciência conhecido como ‘redes complexas’.

    Um bom exemplo do funcionamento em ‘rede’ está na estrutura de uma cadeia alimentar na natureza. Cada animal seria representado por um ponto e sua relação com outra espécie (seja como predador ou como presa, por exemplo), como linhas. Retirar ou incluir alguma linha ou ponto pode desequilibrar todo o ambiente, comprometendo populações e aumentando a competição.

    Vários outros fenômenos podem ser lidos da mesma forma. A ideia de rede pode ser aplicada à computação e às telecomunicações, ou ainda ser usada para explicar graficamente as conexões entre usuários de mídias sociais ou as relações linguísticas entre diferentes idiomas e dialetos, por exemplo.

    “A ideia de analisar o sistema músculo-esquelético humano como uma rede surgiu com um acidente de bicicleta que sofri enquanto cursava minha graduação em Cambridge, na Inglaterra. Machuquei o manguito rotador (músculo que protege o úmero, osso da região do ombro) e essa primeira lesão causou uma nova, que me deixou de molho por bastante tempo e me tirou da equipe de ciclismo da universidade”, disse Danielle Bassett, professora do Departamento de Bioengenharia da Universidade da Pensilvânia que liderou o estudo, em entrevista ao site da revista científica PLOS. “Além do incômodo que me causou, a situação serviu para ilustrar o fato de que lesões musculares não ocorrem isoladamente.”

    O sistema músculo-esquelético humano funciona a partir de movimentos de contração e relaxamento. Quem controla cada um desses estados é o cérebro, graças às diversas conexões que existem entre os ossos - representadas por tendões, cartilagens, ligamentos e músculos. Essa ação conjunta é que garante ao corpo estabilidade, a execução de movimentos voluntários, além de conferir maior resistência a lesões.

    A abordagem do modelo desenvolvido pelo estudo vai exatamente nesse sentido. Reduzindo a musculatura esquelética humana a um conjunto de pontos e linhas, os pesquisadores conseguiram fazer testes que simulam a resposta geral do corpo quando parte dessa estrutura é afetada por uma lesão ou inflamação muscular, por exemplo.

    Como a ideia funciona

    Ao esticar ou encurtar as linhas do esquema, o que representa uma alteração na estabilidade da rede, o grupo pôde observar os diferentes impactos que perturbações têm na musculatura a partir de uma ótica generalista. Como cada pedaço está interligado, mudar este ou aquele ponto significa comprometer uma área para reforçar outra.

    A análise da relação de forças mostrou que músculos com um número maior de ligações têm mais peso nessa conta. De acordo com o estudo, o trapézio (localizado entre o ombro e o pescoço) é um grupo muscular associado a um total de 25 ossos, ligamentos ou cartilagens, distribuídos ao longo da escápula e da espinha dorsal. Já o adutor do polegar (um dos principais músculos da mão), no entanto, tem área de influência menor, fazendo um link com 7 estruturas ósseas da mão.

    Seguindo essa lógica, é natural, então, que um problema no quadril comprometa uma área maior que uma lesão no polegar. E isso de fato acontece, segundo a literatura científica. Pesquisas anteriores comprovaram que o fortalecimento dos músculos do quadril, por exemplo, pode melhorar o funcionamento dos joelhos e também acelerar seu processo de recuperação. O mesmo vale no caso de lesões: machucar a musculatura dos calcanhares pode afetar diretamente as funções do quadril.

    De acordo com os pesquisadores, o esquema foi capaz de prever, em caso de lesão, quais áreas serão mais prejudicadas. Quando a função muscular dos tornozelos era comprometida, por exemplo, as partes que sofriam mais eram o bíceps femoral e o vasto lateral (músculo que atua na flexão do quadril e extensão do joelho). Observar o comportamento desses locais ‘associados’, então, passa a ser a chave para prever o surgimento de lesões compensatórias, que acontecem em decorrência da primeira.

    “Nossas estimativas em relação a esse impacto estão bastante próximas do observado em recuperações de lesão muscular, sugerindo que o papel que determinado músculo possui na rede está diretamente relacionado a seu tempo de recuperação”, explica o grupo no estudo.

    O que ainda falta

    Apesar do potencial, é provável que o sistema ainda passe por uma série de reformulações antes de se tornar uma ferramenta para a recuperação de lesões. A rede foi criada a partir de uma série de simplificações, opção dos pesquisadores para facilitar a recriação artística do sistema músculo-esquelético humano.

    O esquema criado considera apenas 173 ossos (um adulto tem 206) e 270 músculos. A maioria dos especialistas, porém, considera o número total de músculos do corpo humano como algo entre 554 e 656 (de 277 a 328 pares). As divergências ocorrem devido ao fato de não haver consenso entre o que é músculo e o que são feixes de músculos.

    Além disso, a localização de cada elemento (músculo, osso, tendão, cartilagem) no corpo foi determinada a partir de seu centro de massa, ponto que estima a posição média que concentraria seu ‘peso’ por completo.

    Como são apenas linhas no esquema, os músculos não possuem massa e têm todos a mesma rigidez, ou seja, a mesma capacidade de realizar movimentos de contração - o que não corresponde à dinâmica fisiológica do corpo humano real.

    “Como próximo passo, pretendemos sofisticar nosso modelo, incorporando informações sobre a massa dos ossos e o volume de cada músculo, além de considerar as diferenças (ainda que pequenas) que as musculaturas apresentam de pessoa para pessoa. Também pretendemos trabalhar junto a ortopedistas e fisioterapeutas, para desenvolver modelos que possam ser usados na clínica médica”, completa Bassett.

    Para Tiago Lazzaretti Fernandes, médico do esporte do Instituto de Ortopedia e Traumatologia do Hospital das Clínicas de São Paulo, a ideia é interessante por propor um modelo biomecânico global, considerando o corpo todo e não só o ombro, joelho ou quadril [por exemplo]. “O que o esquema mostra é que há uma proximidade entre os grupos musculares primários e secundários que executam um mesmo movimento - o que já era sabido”, disse, em entrevista ao Nexo.

    Mas, para o especialista, o modelo dificilmente será capaz de, sozinho, cumprir a função a que se propõe. O trabalho de predição de lesões deve considerar muitos aspectos, que só a modelagem da origem e inserção dos músculos não é capaz de antecipar.

    Os dados da literatura científica usados para compor o modelo, assim, ajudariam a mapear a prevalência de lesões; uma previsão teórica das áreas com maior suscetibilidade, o que é diferente de predizer lesões em humanos.

    Segundo Fernandes, a tarefa de previsão de danos musculares deve considerar os chamados ‘fatores predisponentes de lesão’ - informações importantes sobre as particularidades de cada indivíduo e sua vivência. Estes se dividem em dois grupos, intrínsecos (como a capacidade cardiopulmonar, força muscular, e se a pessoa possui alguma lesão prévia) e extrínsecos (como a qualidade do ambiente para a prática da atividade física e materiais de proteção).

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